Lambda-Ausdrücke und funktionale Schnittstellen: Tipps und Best Practices

1. Übersicht

Nachdem Java 8 weit verbreitet ist, tauchen für einige seiner Headliner-Funktionen Muster und Best Practices auf. In diesem Tutorial werden wir uns funktionale Schnittstellen und Lambda-Ausdrücke genauer ansehen.

2. Bevorzugen Sie Standardfunktionsschnittstellen

Funktionsschnittstellen, die im Paket java.util.function zusammengefasst sind, erfüllen die Anforderungen der meisten Entwickler bei der Bereitstellung von Zieltypen für Lambda-Ausdrücke und Methodenreferenzen. Jede dieser Schnittstellen ist allgemein und abstrakt, sodass sie sich leicht an fast jeden Lambda-Ausdruck anpassen lassen. Entwickler sollten dieses Paket kennenlernen, bevor sie neue funktionale Schnittstellen erstellen.

Betrachten Sie eine Schnittstelle Foo :

@FunctionalInterface public interface Foo { String method(String string); }

und eine Methode add () in einer Klasse UseFoo , die diese Schnittstelle als Parameter verwendet:

public String add(String string, Foo foo) { return foo.method(string); }

Um es auszuführen, würden Sie schreiben:

Foo foo = parameter -> parameter + " from lambda"; String result = useFoo.add("Message ", foo);

Wenn Sie genauer hinschauen, werden Sie feststellen, dass Foo nichts anderes als eine Funktion ist, die ein Argument akzeptiert und ein Ergebnis liefert. Java 8 bietet eine solche Schnittstelle bereits in Function aus dem Paket java.util.function.

Jetzt können wir die Schnittstelle Foo vollständig entfernen und unseren Code ändern in:

public String add(String string, Function fn) { return fn.apply(string); }

Um dies auszuführen, können wir schreiben:

Function fn = parameter -> parameter + " from lambda"; String result = useFoo.add("Message ", fn);

3. Verwenden Sie die Annotation @FunctionalInterface

Kommentieren Sie Ihre Funktionsschnittstellen mit @FunctionalInterface. Diese Anmerkung scheint zunächst nutzlos zu sein. Auch ohne sie wird Ihre Schnittstelle als funktional behandelt, solange sie nur eine abstrakte Methode hat.

Stellen Sie sich ein großes Projekt mit mehreren Schnittstellen vor - es ist schwierig, alles manuell zu steuern. Eine Schnittstelle, die als funktionsfähig konzipiert wurde, kann versehentlich durch Hinzufügen anderer abstrakter Methoden geändert werden, wodurch sie als funktionale Schnittstelle unbrauchbar wird.

Bei Verwendung der Annotation @FunctionalInterface löst der Compiler jedoch einen Fehler aus, wenn versucht wird, die vordefinierte Struktur einer funktionalen Schnittstelle zu beschädigen . Es ist auch ein sehr praktisches Tool, um anderen Entwicklern das Verständnis Ihrer Anwendungsarchitektur zu erleichtern.

Verwenden Sie also Folgendes:

@FunctionalInterface public interface Foo { String method(); }

statt nur:

public interface Foo { String method(); }

4. Verwenden Sie Standardmethoden in funktionalen Schnittstellen nicht zu häufig

Wir können der Funktionsschnittstelle problemlos Standardmethoden hinzufügen. Dies ist für den Funktionsschnittstellenvertrag akzeptabel, solange nur eine abstrakte Methodendeklaration vorhanden ist:

@FunctionalInterface public interface Foo { String method(String string); default void defaultMethod() {} }

Funktionsschnittstellen können um andere Funktionsschnittstellen erweitert werden, wenn ihre abstrakten Methoden dieselbe Signatur haben.

Zum Beispiel:

@FunctionalInterface public interface FooExtended extends Baz, Bar {} @FunctionalInterface public interface Baz { String method(String string); default String defaultBaz() {} } @FunctionalInterface public interface Bar { String method(String string); default String defaultBar() {} }

Genau wie bei normalen Schnittstellen kann es problematisch sein , verschiedene funktionale Schnittstellen mit derselben Standardmethode zu erweitern .

Fügen wir beispielsweise die Methode defaultCommon () zu den Schnittstellen Bar und Baz hinzu :

@FunctionalInterface public interface Baz { String method(String string); default String defaultBaz() {} default String defaultCommon(){} } @FunctionalInterface public interface Bar { String method(String string); default String defaultBar() {} default String defaultCommon() {} }

In diesem Fall wird ein Fehler beim Kompilieren angezeigt:

interface FooExtended inherits unrelated defaults for defaultCommon() from types Baz and Bar...

Um dies zu beheben, sollte die defaultCommon () -Methode in der FooExtended- Schnittstelle überschrieben werden. Natürlich können wir eine benutzerdefinierte Implementierung dieser Methode bereitstellen. Allerdings können wir auch die Umsetzung von der übergeordneten Schnittstelle wiederverwenden :

@FunctionalInterface public interface FooExtended extends Baz, Bar { @Override default String defaultCommon() { return Bar.super.defaultCommon(); } }

Aber wir müssen vorsichtig sein. Das Hinzufügen zu vieler Standardmethoden zur Schnittstelle ist keine sehr gute architektonische Entscheidung. Dies sollte als Kompromiss betrachtet werden, der nur bei Bedarf zum Aktualisieren vorhandener Schnittstellen verwendet werden kann, ohne die Abwärtskompatibilität zu beeinträchtigen.

5. Funktionale Schnittstellen mit Lambda-Ausdrücken instanziieren

Mit dem Compiler können Sie eine innere Klasse verwenden, um eine funktionale Schnittstelle zu instanziieren. Dies kann jedoch zu sehr ausführlichem Code führen. Sie sollten Lambda-Ausdrücke bevorzugen:

Foo foo = parameter -> parameter + " from Foo";

über eine innere Klasse:

Foo fooByIC = new Foo() { @Override public String method(String string) { return string + " from Foo"; } }; 

The lambda expression approach can be used for any suitable interface from old libraries. It is usable for interfaces like Runnable, Comparator, and so on. However, this doesn't mean that you should review your whole older codebase and change everything.

6. Avoid Overloading Methods With Functional Interfaces as Parameters

Use methods with different names to avoid collisions; let's look at an example:

public interface Processor { String process(Callable c) throws Exception; String process(Supplier s); } public class ProcessorImpl implements Processor { @Override public String process(Callable c) throws Exception { // implementation details } @Override public String process(Supplier s) { // implementation details } }

At first glance, this seems reasonable. But any attempt to execute either of the ProcessorImpl‘s methods:

String result = processor.process(() -> "abc");

ends with an error with the following message:

reference to process is ambiguous both method process(java.util.concurrent.Callable) in com.baeldung.java8.lambda.tips.ProcessorImpl and method process(java.util.function.Supplier) in com.baeldung.java8.lambda.tips.ProcessorImpl match

To solve this problem, we have two options. The first is to use methods with different names:

String processWithCallable(Callable c) throws Exception; String processWithSupplier(Supplier s);

The second is to perform casting manually. This is not preferred.

String result = processor.process((Supplier) () -> "abc");

7. Don’t Treat Lambda Expressions as Inner Classes

Despite our previous example, where we essentially substituted inner class by a lambda expression, the two concepts are different in an important way: scope.

When you use an inner class, it creates a new scope. You can hide local variables from the enclosing scope by instantiating new local variables with the same names. You can also use the keyword this inside your inner class as a reference to its instance.

However, lambda expressions work with enclosing scope. You can’t hide variables from the enclosing scope inside the lambda’s body. In this case, the keyword this is a reference to an enclosing instance.

For example, in the class UseFoo you have an instance variable value:

private String value = "Enclosing scope value";

Then in some method of this class place the following code and execute this method.

public String scopeExperiment() { Foo fooIC = new Foo() { String value = "Inner class value"; @Override public String method(String string) { return this.value; } }; String resultIC = fooIC.method(""); Foo fooLambda = parameter -> { String value = "Lambda value"; return this.value; }; String resultLambda = fooLambda.method(""); return "Results: resultIC = " + resultIC + ", resultLambda = " + resultLambda; }

If you execute the scopeExperiment() method, you will get the following result: Results: resultIC = Inner class value, resultLambda = Enclosing scope value

As you can see, by calling this.value in IC, you can access a local variable from its instance. But in the case of the lambda, this.value call gives you access to the variable value which is defined in the UseFoo class, but not to the variable value defined inside the lambda's body.

8. Keep Lambda Expressions Short and Self-explanatory

If possible, use one line constructions instead of a large block of code. Remember lambdas should be anexpression, not a narrative. Despite its concise syntax, lambdas should precisely express the functionality they provide.

This is mainly stylistic advice, as performance will not change drastically. In general, however, it is much easier to understand and to work with such code.

This can be achieved in many ways – let's have a closer look.

8.1. Avoid Blocks of Code in Lambda's Body

In an ideal situation, lambdas should be written in one line of code. With this approach, the lambda is a self-explanatory construction, which declares what action should be executed with what data (in the case of lambdas with parameters).

If you have a large block of code, the lambda's functionality is not immediately clear.

With this in mind, do the following:

Foo foo = parameter -> buildString(parameter);
private String buildString(String parameter) { String result = "Something " + parameter; //many lines of code return result; }

instead of:

Foo foo = parameter -> { String result = "Something " + parameter; //many lines of code return result; };

However, please don't use this “one-line lambda” rule as dogma. If you have two or three lines in lambda's definition, it may not be valuable to extract that code into another method.

8.2. Avoid Specifying Parameter Types

A compiler in most cases is able to resolve the type of lambda parameters with the help of type inference. Therefore, adding a type to the parameters is optional and can be omitted.

Do this:

(a, b) -> a.toLowerCase() + b.toLowerCase();

instead of this:

(String a, String b) -> a.toLowerCase() + b.toLowerCase();

8.3. Avoid Parentheses Around a Single Parameter

Lambda syntax requires parentheses only around more than one parameter or when there is no parameter at all. That is why it is safe to make your code a little bit shorter and to exclude parentheses when there is only one parameter.

So, do this:

a -> a.toLowerCase();

instead of this:

(a) -> a.toLowerCase();

8.4. Avoid Return Statement and Braces

Braces and return statements are optional in one-line lambda bodies. This means, that they can be omitted for clarity and conciseness.

Do this:

a -> a.toLowerCase();

instead of this:

a -> {return a.toLowerCase()};

8.5. Use Method References

Very often, even in our previous examples, lambda expressions just call methods which are already implemented elsewhere. In this situation, it is very useful to use another Java 8 feature: method references.

So, the lambda expression:

a -> a.toLowerCase();

could be substituted by:

String::toLowerCase;

This is not always shorter, but it makes the code more readable.

9. Use “Effectively Final” Variables

Accessing a non-final variable inside lambda expressions will cause the compile-time error. But it doesn’t mean that you should mark every target variable as final.

According to the “effectively final” concept, a compiler treats every variable as final, as long as it is assigned only once.

It is safe to use such variables inside lambdas because the compiler will control their state and trigger a compile-time error immediately after any attempt to change them.

For example, the following code will not compile:

public void method() { String localVariable = "Local"; Foo foo = parameter -> { String localVariable = parameter; return localVariable; }; }

The compiler will inform you that:

Variable 'localVariable' is already defined in the scope.

This approach should simplify the process of making lambda execution thread-safe.

10. Protect Object Variables from Mutation

One of the main purposes of lambdas is use in parallel computing – which means that they're really helpful when it comes to thread-safety.

The “effectively final” paradigm helps a lot here, but not in every case. Lambdas can't change a value of an object from enclosing scope. But in the case of mutable object variables, a state could be changed inside lambda expressions.

Consider the following code:

int[] total = new int[1]; Runnable r = () -> total[0]++; r.run();

This code is legal, as total variable remains “effectively final”. But will the object it references to have the same state after execution of the lambda? No!

Keep this example as a reminder to avoid code that can cause unexpected mutations.

11. Conclusion

In diesem Tutorial haben wir einige Best Practices und Fallstricke in den Lambda-Ausdrücken und Funktionsschnittstellen von Java 8 gesehen. Trotz des Nutzens und der Leistung dieser neuen Funktionen sind sie nur Werkzeuge. Jeder Entwickler sollte bei der Verwendung darauf achten.

Der vollständige Quellcode für das Beispiel ist in diesem GitHub-Projekt verfügbar. Dies ist ein Maven- und Eclipse-Projekt, sodass es importiert und unverändert verwendet werden kann.