Java 8 之 lambda 變數作用域

通常，我們希望能夠在lambda表示式的閉合方法或類中訪問其他的變數，例如：

package java8test;

public class T1 {
    public static void main(String[] args) {
        repeatMessage("Hello", 20);
    }
    public static void repeatMessage(String text,int count){
        Runnable r = () -> {
            for(int i = 0; i < count; i++){
                System.out.println(text);
                Thread.yield();
            }
        };
        new Thread(r).start();
    }
}

注意看lambda表示式中的變數count和text，它們並沒有在lambda表示式中被定義，而是方法repeatMessage的引數變數。如果你思考一下，就會發現這裡有一些隱含的東西。lambda表示式可能會在repeatMessage返回之後才執行，此時引數變數已經消失了。如果保留text和count變數會怎樣呢？

為了理解這一點，我們需要對lambda表示式有更深入的理解。一個lambda表示式包括三個部分：

• 一段程式碼
• 引數
• 自由變數的值，這裡的“自由”指的是那些不是引數並且沒有在程式碼中定義的變數。

在我們的示例中，lambda表示式有兩個自由變數，text和count。資料結構表示lambda表示式必須儲存這兩個變數的值，即“Hello”和20。我們可以說，這些值已經被lambda表示式捕獲了（這是一個技術實現的細節。例如，你可以將一個lambda表示式轉換為一個只含一個方法的物件，這樣自由變數的值就會被複制到該物件的例項變數中）。

注意：含有自由變數的程式碼塊才被稱之為“閉包（closure）”。在Java中，lambda表示式就是閉包。事實上，內部類一直都是閉包。Java8中為閉包賦予了更吸引人的語法。

如你所見，lambda表示式可以捕獲閉合作用域中的變數值。在java中，為了確保被捕獲的值是被良好定義的，需要遵守一個重要的約束。在lambda表示式中，被引用的變數的值不可以被更改。例如，下面這個表示式是不合法的：

public static void repeatMessage(String text,int count){
    Runnable r = () -> {
        while(count > 0){
            count--;        //錯誤，不能更改已捕獲變數的值
            System.out.println(text);
            Thread.yield();
         }
     };
     new Thread(r).start();
}

做出這個約束是有原因的。更改lambda表示式中的變數不是執行緒安全的。假設有一系列併發的任務，每個執行緒都會更新一個共享的計數器。

int matches = 0;
for(Path p : files)
    new Thread(() -> {if(p中包含某些屬性) matches++;}).start();    //非法更改matches的值

如果這段程式碼是合法的，那麼會引起十分糟糕的結果。自增操作matches++不是原子操作，如果多個執行緒併發執行該自增操作，天曉得會發生什麼。

不要指望編譯器會捕獲所有併發訪問錯誤。不可變的約束只作用在區域性變數上，如果matches是一個例項變數或者閉合類的靜態變數，那麼不會有任何錯誤被報告出來即使結果同樣未定義。同樣，改變一個共享物件也是完全合法的，即使這樣並不恰當。例如：

List<Path> matches = new ArrayList<>();
for(Path p: files)
//你可以改變matches的值，但是在多執行緒下是不安全的
    new Thread(() -> {if(p中包含某些屬性) matches.add(p);}).start();

注意matches是“有效final”的（一個有效的final變數被初始化後，就永遠不會再被賦一個新值的變數）。在我們的示例中，matches總是引用同一個ArrayList物件，但是，這個物件是可變的，因此是執行緒不安全的 。如果多個執行緒同時呼叫add方法，結果將無法預測。

lambda表示式的方法體與巢狀程式碼塊有著相同的作用域。因此它也適用同樣的命名衝突和遮蔽規則。在lambda表示式中不允許宣告一個與區域性變數同名的引數或者區域性變數。

Path first = Paths.get("/usr/bin");
Comparator<String> comp = （first,second) ->
    Integer.compare(first.length(),second.length());
//錯誤，變數first已經定義了

在一個方法裡，你不能有兩個同名的區域性變數，因此，你也不能在lambda表示式中引入這樣的變數。

當你在lambda表示式中使用this關鍵字，你會引用建立該lambda表示式的方法的this引數，以下面的程式碼為例：

public class Application{
    public void doWork(){
        Runnable runner = () -> {....;System.out.println(this.toString());......};
    }
}

表示式this.toString()會呼叫Application物件的toString()方法，而不是Runnable例項的toString()方法。在lambda表示式中使用this，與在其他地方使用this沒有什麼不同。lambda表示式的作用域被巢狀在doWork()方法中，並且無論this位於方法的何處，其意義都是一樣的。