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計(jì)算機(jī)專家在問題求解時(shí)非常重視表達(dá)式簡潔性的價(jià)值。Unix的先驅(qū)者Ken Thompson曾經(jīng)說過非常著名的一句話：“丟棄1000行代碼的那一天是我最有成效的一天之一。”這對(duì)于任何一個(gè)需要持續(xù)支持和維護(hù)的軟件項(xiàng)目來說，都是一個(gè)當(dāng)之無愧的目標(biāo)。早期的Lisp貢獻(xiàn)者Paul Graham甚至將語言的簡潔性等同為語言的能力。這種對(duì)能力的認(rèn)識(shí)讓可以編寫緊湊、簡介的代碼成為許多現(xiàn)代軟件項(xiàng)目選擇語言的首要標(biāo)準(zhǔn)。

任何程序都可以通過重構(gòu)，去除多余的代碼或無用的占位符，如空格，變得更加簡短，不過某些語言天生就善于表達(dá)，也就特別適合于簡短程序的編寫。認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)之后，Perl程序員普及了代碼高爾夫競賽；其目標(biāo)是用盡可能短的代碼量解決某一特定的問題或者實(shí)現(xiàn)某個(gè)指定的算法。APL語言的設(shè)計(jì)理念是利用特殊的圖形符號(hào)讓程序員用很少量的代碼就可以編寫功能強(qiáng)大的程序。這類程序如果實(shí)現(xiàn)得當(dāng)，可以很好地映射成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。簡潔的語言在快速創(chuàng)建小腳本時(shí)非常高效，特別是在目的不會(huì)被簡潔所掩蓋的簡潔明確的問題域中。

相比于其他程序設(shè)計(jì)語言，Java語言的冗長已經(jīng)名聲在外。其主要原因是由于程序開發(fā)社區(qū)中所形成的慣例，在完成任務(wù)時(shí)，很多情況下，要更大程度地考慮描述性和控制。例如，長期來看，長變量名會(huì)讓大型代碼庫的可讀性和可維護(hù)性更強(qiáng)。描述性的類名通常會(huì)映射為文件名，在向已有系統(tǒng)中增加新功能時(shí)，會(huì)顯得很清晰。如果能夠一直堅(jiān)持下去，描述性名稱可以極大簡化用于表明應(yīng)用中某一特定的功能的文本搜索。這些實(shí)踐讓Java在大型復(fù)雜代碼庫的大規(guī)模實(shí)現(xiàn)中取得了極大的成功。

對(duì)于小型項(xiàng)目來說，簡潔性則更受青睞，某些語言非常適于短腳本編寫或者在命令提示符下的交互式探索編程。Java作為通用性語言，則更適用于編寫跨平臺(tái)的工具。在這種情況下，“冗長Java”的使用并不一定能夠帶來額外的價(jià)值。雖然在變量命名等方面，代碼風(fēng)格可以改變，不過從歷史情況來看，在一些基本的層面上，與其他語言相比，完成同樣的任務(wù)，Java語言仍需更多的字符。為了應(yīng)對(duì)這些限制，Java語言一直在不斷地更新，以包含一些通常稱為“語法糖”的功能。用這些習(xí)語可以實(shí)現(xiàn)更少的字符表示相同功能的目標(biāo)。與其對(duì)應(yīng)的更加冗長的配對(duì)物相比，這些習(xí)語更受程序開發(fā)社區(qū)的歡迎，通常會(huì)被社區(qū)作為通用用法快速地采用。

本文將著重介紹編寫簡潔Java代碼的***實(shí)踐，特別是關(guān)于JDK8中新增的功能。簡而言之，Java 8中Lambda表達(dá)式的引入讓更加優(yōu)雅的代碼成為可能。這在用新的Java Streaming API處理集合時(shí)尤其明顯。

冗長的Java

Java代碼冗長之所以名聲在外，一部分原因是由于其面向?qū)ο蟮膶?shí)現(xiàn)風(fēng)格。在許多語言中，只需要一行包含不超過20個(gè)字符的代碼就可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)典的“Hello World”程序示例。而在Java中，除了需要類定義中所包含的main方法之外，在main方法中還需要包含一個(gè)方法調(diào)用，通過System.out.println()將字符串打印到終端。即使在使用最少的方法限定詞、括號(hào)和分號(hào)，并且將所有空格全都刪除的極限情況下，“Hello World”程序最少也需要86個(gè)字符。為了提高可讀性，再加上空格和縮進(jìn)，毋庸置疑，Java版的“Hello World”程序給人的***印象就是冗長。

Java代碼冗長一部分原因還應(yīng)歸咎于Java社區(qū)將描述性而非簡潔性作為其標(biāo)準(zhǔn)。就這一點(diǎn)而言，選擇與代碼格式美學(xué)相關(guān)的不同標(biāo)準(zhǔn)是無關(guān)緊要的。此外，樣板代碼的方法和區(qū)段可以包含在整合到API中的方法中。無需犧牲準(zhǔn)確性或清晰度，著眼于簡潔性的程序代碼重構(gòu)可以大大簡化冗余Java代碼。

有些情況下，Java代碼冗長之所以名聲在外是由于大量的老舊代碼示例所帶來的錯(cuò)覺。許多關(guān)于Java的書籍寫于多年之前。由于在整個(gè)萬維網(wǎng)最初興起時(shí)，Java便已經(jīng)存在，許多Java的在線資源所提供的代碼片段都源自于Java語言最早的版本。隨著時(shí)間的推移，一些可見的問題和不足不斷得到完善，Java語言也日趨成熟，這也就導(dǎo)致即使十分準(zhǔn)確并實(shí)施的當(dāng)?shù)陌咐赡芤参茨苡行Ю煤髞淼恼Z言習(xí)語和API。

Java的設(shè)計(jì)目標(biāo)包括面向?qū)ο蟆⒁子谏鲜郑ㄔ诋?dāng)時(shí)，這意味著使用C++格式的語法），健壯、安全、可移植、多線程以及高性能。簡潔并非其中之一。相比于用面向?qū)ο笳Z法實(shí)現(xiàn)的任務(wù)，函數(shù)式語言所提供的替代方案要簡潔的多。Java 8中新增的Lambda表達(dá)式改變了Java的表現(xiàn)形式，減少了執(zhí)行許多通用任務(wù)所需的代碼數(shù)量，為Java開啟了函數(shù)式編程習(xí)語的大門。

函數(shù)式編程

函數(shù)式編程將函數(shù)作為程序開發(fā)人員的核心結(jié)構(gòu)。開發(fā)人員可以以一種非常靈活的方式使用函數(shù)，例如將其作為參數(shù)傳遞。利用Lambda表達(dá)式的這種能力，Java可以將函數(shù)作為方法的參數(shù)，或者將代碼作為數(shù)據(jù)。Lambda表達(dá)式可以看作是一個(gè)與任何特定的類都無關(guān)的匿名方法。這些理念有著非常豐富多彩并且引人入勝的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。

函數(shù)式編程和Lambda表達(dá)式仍然是比較抽象、深?yuàn)W的概念。對(duì)于開發(fā)人員來說，主要關(guān)注如何解決實(shí)際生產(chǎn)中的任務(wù)，對(duì)于跟蹤***的計(jì)算趨勢可能并不感興趣。隨著Lambda表達(dá)式在Java中的引入，對(duì)于開發(fā)人員來說對(duì)這些新特性的了解至少需要能夠達(dá)到可以讀懂其他開發(fā)人員所編寫代碼的程度。這些新特性還能帶來實(shí)際的好處——可以影響并發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使其擁有更優(yōu)的性能。而本文所關(guān)心的是如何利用這些機(jī)制編寫簡潔而又清晰的代碼。

之所以能夠用Lambda表達(dá)式生成簡潔的代碼，有如下幾個(gè)原因。局部變量的使用量減少，因此聲明和賦值的代碼也隨之減少。循環(huán)被方法調(diào)用所替代，從而將三行以上的代碼縮減為一行。本來在嵌套循環(huán)和條件語句中的代碼現(xiàn)在可以放置于一個(gè)單獨(dú)的方法中。實(shí)現(xiàn)連貫接口，可以將方法以類似于Unix管道的方式鏈接在一起。以函數(shù)式的風(fēng)格編寫代碼的凈效應(yīng)并不只限于可讀性。此類代碼可以避免狀態(tài)維護(hù)并且不會(huì)產(chǎn)生副作用。這種代碼還能夠產(chǎn)生易于并行化，提高處理效率的額外收益。

Lambda表達(dá)式

與Lambda表達(dá)式相關(guān)的語法比較簡單直白，不過又有別于Java之前版本的習(xí)語。一個(gè)Lambda表達(dá)式由三部分組成，參數(shù)列表、箭頭和主體。參數(shù)列表可以包含也可以不包含括號(hào)。此外還新增了由雙冒號(hào)組成的相關(guān)操作符，可以進(jìn)一步縮減某些特定的Lambda表達(dá)式所需的代碼量。這又稱為方法引用。

線程創(chuàng)建

在這個(gè)示例中，將會(huì)創(chuàng)建并運(yùn)行一個(gè)線程。Lambda表達(dá)式出現(xiàn)在賦值操作符的右側(cè)，指定了一個(gè)空的參數(shù)列表，以及當(dāng)線程運(yùn)行時(shí)寫到標(biāo)準(zhǔn)輸出的簡單的消息輸出。

Runnable r1 = () -> System.out.print("Hi!"); 
r1.run() 

處理集合

Lambda表達(dá)式的出現(xiàn)會(huì)被開發(fā)人員注意到的首要位置之一就是與集合API相關(guān)。假設(shè)我們需要將一個(gè)字符串列表根據(jù)長度排序。

java.util.List<String> l; 
l= java.util.Arrays.asList(new String[]{"aaa", "b", "cccc", "DD"}); 

可以創(chuàng)建一個(gè)Lambda表達(dá)式實(shí)現(xiàn)此功能。

java.util.Collections.sort(l, (s1, s2) -> 
       new Integer(s1.length()). 
           compareTo(s2.length()) 

這個(gè)示例中包含兩個(gè)傳遞給Lambda表達(dá)式體的參數(shù)，以比較這兩個(gè)參數(shù)的長度。

除此之外還有許多替代方案，在無需使用標(biāo)準(zhǔn)的“for”或“while”循環(huán)的前提下，就可以操作列表中的各個(gè)元素。通過向集合的“forEach”方法傳入Lambda表達(dá)式也可以完成用于比較的語義。這種情況下，只有一個(gè)參數(shù)傳入，也就無需使用括號(hào)。

forEach(e -> System.out.println(e)); 

這個(gè)特殊的示例還可以通過使用方法引用將包含類和靜態(tài)方法分開的方式進(jìn)一步減少代碼量。每個(gè)元素都會(huì)按順序傳入println方法。

forEach(System.out::println) 

java.util.stream是在Java 8中新引入的包，以函數(shù)式程序開發(fā)人員所熟悉的語法處理集合。在包的摘要中對(duì)包中的內(nèi)容解釋如下：“為流元素的函數(shù)式操作提供支持的類，如對(duì)集合的map-reduce轉(zhuǎn)換。”

下方的類圖提供了對(duì)該包的一個(gè)概覽，著重介紹了接下來的示例中將要用到的功能。包結(jié)構(gòu)中列示了大量的Builder類。這些類與連貫接口一樣，可以將方法鏈接成為管道式的操作集。

字符串解析和集合處理雖然簡單，在真實(shí)世界中仍有許多實(shí)際應(yīng)用場景。在進(jìn)行自然語言處理（NLP）時(shí)，需要將句子分割為單獨(dú)的詞。生物信息學(xué)將DNA和RNA表示為有字母組成的堿基，如C，G，A，T或U。在每個(gè)問題領(lǐng)域中，字符串對(duì)象會(huì)被分解，然后針對(duì)其各個(gè)組成部分進(jìn)行操作、過濾、計(jì)數(shù)以及排序等操作。因此，盡管示例中所包含的用例十分簡單，其理念仍適用于各類有實(shí)際意義的任務(wù)。

下方的示例代碼解析了一個(gè)包含一個(gè)句子的字符串對(duì)象，并統(tǒng)計(jì)單詞的數(shù)量和感興趣的字母。包括空白行在內(nèi)，整個(gè)代碼清單的行數(shù)不超過70行。

import java.util.*; 
 
import static java.util.Arrays.asList; 
import static java.util.function.Function.identity; 
import static java.util.stream.Collectors.*; 
 
public class Main { 
 
   public static void p(String s) { 
       System.out.println(s.replaceAll("[\\]\\[]", "")); 
  } 
 
  private static List uniq(List letters) { 
       return new ArrayList(new HashSet(letters)); 
  } 
 
   private static List sort(List letters) { 
       return letters.stream().sorted().collect(toList()); 
   } 
 
   private static  Map uniqueCount(List letters) { 
       return letters.stream(). 
               collect(groupingBy(identity(), counting())); 
   } 
 
   private static String getWordsLongerThan(int length, List words) { 
       return String.join(" | ", words 
                       .stream().filter(w -> w.length() > length) 
                       .collect(toList()) 
       ); 
   } 
 
   private static String getWordLengthsLongerThan(int length, List words) 
   { 
       return String.join(" | ", words 
               .stream().filter(w -> w.length() > length) 
               .mapToInt(String::length) 
               .mapToObj(n -> String.format("%" + n + "s", n)) 
               .collect(toList())); 
   } 
 
   public static void main(String[] args) { 
 
       String s = "The quick brown fox jumped over the lazy dog."; 
       String sentence = s.toLowerCase().replaceAll("[^a-z ]", ""); 
 
       List words = asList(sentence.split(" ")); 
       List letters = asList(sentence.split("")); 
 
       p("Sentence : " + sentence); 
       p("Words    : " + words.size()); 
       p("Letters  : " + letters.size()); 
 
       p("\nLetters  : " + letters); 
       p("Sorted   : " + sort(letters)); 
       p("Unique   : " + uniq(letters)); 
 
       Map m = uniqueCount(letters); 
       p("\nCounts"); 
 
       p("letters"); 
       p(m.keySet().toString().replace(",", "")); 
       p(m.values().toString().replace(",", "")); 
 
       p("\nwords"); 
       p(getWordsLongerThan(3, words)); 
       p(getWordLengthsLongerThan(3, words)); 
    } 
} 

示例程序執(zhí)行輸出：

Sentence : the quick brown fox jumped over the lazy dog
Words    : 9
Letters  : 44

Letters  : t, h, e,  , q, u, i, c, k,  , b, r, o, w, n,  , f, o, x,  , j, u, m, p, e, d,  , o, v, e, r,  , t, h, e,  , l, a, z, y,  , d, o, g
Sorted   :  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , a, b, c, d, d, e, e, e, e, f, g, h, h, i, j, k, l, m, n, o, o, o, o, p, q, r, r, t, t, u, u, v, w, x, y, z
Unique   :  , a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, k, l, m, n, o, p, q, r, t, u, v, w, x, y, z

Counts
letters
  a b c d e f g h i j k l m n o p q r t u v w x y z
8 1 1 1 2 4 1 1 2 1 1 1 1 1 1 4 1 1 2 2 2 1 1 1 1 1

words
quick | brown | jumped | over | lazy
    5 |     5 |      6 |    4 |    4

上述代碼已經(jīng)經(jīng)過了多重精簡。其中一些方式并非在各個(gè)版本的Java中都可行，而且有些方式可能并不符合公認(rèn)的編碼風(fēng)格指南。思考一下在較早版本的Java中如何才能夠獲得相同的輸出？首先，需要?jiǎng)?chuàng)建許多局部變量用于臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)或作為索引。其次，需要通過許多條件語句和循環(huán)告知Java如何處理數(shù)據(jù)。新的函數(shù)式編程方式更加專注于需要什么數(shù)據(jù)，而并不關(guān)心與其相關(guān)的臨時(shí)變量、嵌套循環(huán)、索引管理或條件語句的處理。

在某些情況下，采用早期版本中的標(biāo)準(zhǔn)Java語法以減少代碼量是以犧牲清晰度為代價(jià)的。例如，示例代碼***行的標(biāo)準(zhǔn)import語句中的Java包引用了java.util下的所有類，而不是根據(jù)類名分別引用。對(duì)System.out.println的調(diào)用被替換為對(duì)一個(gè)名為p的方法的調(diào)用，這樣在每次方法調(diào)用時(shí)都可以使用短名稱（行9-11）。由于可能違反某些Java的編碼規(guī)范，這些改變富有爭議，不過有著其他背景的程序開發(fā)人員查看這些代碼時(shí)可能并不會(huì)有何問題。

另外一些情況下，則利用了從JDK8預(yù)覽版才新增的功能特性。靜態(tài)引用（行3-5）可以減少內(nèi)聯(lián)所需引用的類的數(shù)量。而正則表達(dá)式（行10，45）則可以用與函數(shù)式編程本身無關(guān)的方式，有效隱藏循環(huán)和條件語句。這些習(xí)語，特別是正則表達(dá)式的使用，經(jīng)常會(huì)因?yàn)殡y以閱讀和說明而受到質(zhì)疑。如果運(yùn)用得當(dāng)，這些習(xí)語可以減少噪音的數(shù)量，并且能夠限制開發(fā)人員需要閱讀和說明的代碼數(shù)量。

***，示例代碼利用了JDK 8中新增的Streaming API。使用了Streaming API中大量的方法對(duì)列表進(jìn)行過濾、分組和處理（行17-40）。盡管在IDE中它們與內(nèi)附類的關(guān)聯(lián)關(guān)系很清晰，不過除非你已經(jīng)很熟悉這些API，否則這種關(guān)系并不是那么顯而易見。下表展示了示例代碼中所出現(xiàn)的每一次方法調(diào)用的來源。

uniq()（行13）和sort()（行17）方法體現(xiàn)了同名的Unix實(shí)用工具的功能。sort引入了對(duì)流的***次調(diào)用，首先對(duì)流進(jìn)行排序，然后再將排序后的結(jié)果收集到列表中。UniqueCount()（行21）與uniq -c類似，返回一個(gè)map對(duì)象，其中每個(gè)鍵是一個(gè)字符，每個(gè)值則是這個(gè)字符出現(xiàn)次數(shù)的統(tǒng)計(jì)。兩個(gè)“getWords”方法（行26和行33）用于過濾出比給定長度短的單詞。getWordLengthsLongerThan()方法調(diào)用了一些額外的方法，將結(jié)果格式化并轉(zhuǎn)換成不可修改的String對(duì)象。

整段代碼并未引入任何與Lambda表達(dá)式相關(guān)的新概念。之前所介紹的語法只適用于Java Stream API特定的使用場景。

總結(jié)

用更少的代碼實(shí)現(xiàn)同樣任務(wù)的理念與愛因斯坦的理念一致：“必須盡可能地簡潔明了，但又不能簡單地被簡單。”Lambda表達(dá)式和新的Stream API因其能夠?qū)崿F(xiàn)擴(kuò)展性良好的簡潔代碼而備受關(guān)注。它們讓程序開發(fā)人員可以恰當(dāng)?shù)貙⒋a簡化成***的表現(xiàn)形式。

函數(shù)式編程習(xí)語的設(shè)計(jì)理念就是簡短，而且仔細(xì)思考一下就會(huì)發(fā)現(xiàn)許多可以讓Java代碼更加精簡的場景。新的語法雖然有點(diǎn)陌生但并非十分復(fù)雜。這些新的功能特性清晰地表明，作為一種語言，Java已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越其最初的目標(biāo)。它正在用開放的態(tài)度接受其他程序設(shè)計(jì)語言中最出色的一些功能，并將它們整合到Java之中。