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Java中Lambda表達(dá)式并行與組合行為

更新時(shí)間：2017年02月23日 10:16:45 作者：hwding

這篇文章主要介紹了Java中Lambda表達(dá)式并行與組合行為,非常不錯(cuò)，具有參考借鑒價(jià)值，需要的朋友可以參考下

從串行到并行

串行指一個(gè)步驟一個(gè)步驟地處理，也就是通常情況下，代碼一行一行地執(zhí)行。

如果將我們常用的迭代器式的循環(huán)展開(kāi)的話，就是串行執(zhí)行了循環(huán)體內(nèi)所定義的操作：

sum += arr.get(0);
sum += arr.get(1);
sum += arr.get(2);
//...

在書的一開(kāi)始，就提到Java需要支持集合的并行計(jì)算(而Lambda為這個(gè)需求提供了可能)。

這些功能將全部被實(shí)現(xiàn)于庫(kù)代碼中，對(duì)于我們使用者，實(shí)現(xiàn)并行的復(fù)雜性被大大降低(最低程度上只需要調(diào)用相關(guān)方法)。

另外，關(guān)于并發(fā)與并行這兩個(gè)概念，其實(shí)是不同的，如果不明白的話請(qǐng)自行了解，在此只引用一句非常流行的話：

一個(gè)是關(guān)于代碼結(jié)構(gòu)，一個(gè)是關(guān)于代碼執(zhí)行。

如果我們想將一個(gè)計(jì)算任務(wù)均勻地分配給CPU的四個(gè)內(nèi)核，我們會(huì)給每個(gè)核分配一個(gè)用于計(jì)算的線程，每個(gè)線程上進(jìn)行整個(gè)任務(wù)的子任務(wù)。

書上有一段非常形象的偽代碼：

if the task list contains more than N/4 elements {
 leftTask = task.getLeftHalf()
 rightTask = task.getRightHalf()
 doInparallel {
 leftResult = leftTask.solve()
 rightResult = rightTask.solve()
 }
 result = combine(leftResult, rightResult)
} else {
 result = task.solveSequentially()
}

代碼中，將每四個(gè)任務(wù)元素分為一組，用四個(gè)內(nèi)核對(duì)其進(jìn)行并行處理，然后每?jī)山M進(jìn)行一次結(jié)果的合并，最終得到整個(gè)任務(wù)隊(duì)列的最終結(jié)果。

從整體處理流程上看，先將任務(wù)隊(duì)列遞歸地進(jìn)行分組，并行處理每一組，然后將結(jié)果遞歸地進(jìn)行合并(合并通過(guò)管道終止操作實(shí)現(xiàn))。

Java8之前，開(kāi)發(fā)者們使用一種針對(duì)集合的fork/join框架來(lái)實(shí)現(xiàn)該模式。

然而現(xiàn)在，想對(duì)代碼進(jìn)行性能優(yōu)化，就是一件非常容易的事了。

還記得我們上一節(jié)中所得出的最終代碼：

long validContactCounter = contactList.stream()
 .map(s -> new Contact().setName(s))
 .filter(Contact::call)
 .count();

稍加改動(dòng)：

long validContactCounter = contactList.parallelStream()
 .map(s -> new Contact().setName(s))
 .filter(Contact::call)
 .count();

注意stream()變?yōu)閜arallelStream()

同時(shí)下圖將展示如何根據(jù)四個(gè)核對(duì)上述任務(wù)進(jìn)行分解處理，最終合并結(jié)果并終止管道。

注意遞歸分解的目的是使子任務(wù)們足夠小來(lái)串行執(zhí)行。

組合行為

Java寫手應(yīng)該知道，Java中并不存在純粹的“函數(shù)”，只存在“方法”。也就是說(shuō)，Java中的函數(shù)必須依賴于某一個(gè)類，或者作為類的某種行為存在。

而在其他語(yǔ)言中，存在純函數(shù)，以CoffeeScript的語(yǔ)法，聲明一個(gè)函數(shù)：

eat = (x) -> 
 alert("#{x} has been eatten!")

這種寫法與Lambda表達(dá)式的語(yǔ)法非常相近，也就是說(shuō)，相比于匿名內(nèi)部類，Lambda表達(dá)式看上去更像是一種函數(shù)表達(dá)式。

對(duì)于函數(shù)，一個(gè)核心操作便是組合。如果要求一元二次函數(shù)的其中一個(gè)解sqrt(sqr(b) - 4 * a * c)，便是對(duì)多個(gè)子函數(shù)進(jìn)行了組合。

對(duì)于面向?qū)ο?，我們通過(guò)解耦的方式來(lái)分解它，同樣，我們也希望以此種方式分解一個(gè)函數(shù)行為。

首先，沿用上兩節(jié)中使用的例子，對(duì)Contact類稍作修改，將name屬性分拆為名和姓：

private String firstName;
private String lastName;

假設(shè)我們現(xiàn)在想要對(duì)聯(lián)系人們進(jìn)行排序，創(chuàng)建自定義排序的Java標(biāo)準(zhǔn)方式是創(chuàng)建一個(gè)Comparator：

public interface Comparator<T> {
 int compare(T o1, T o2);
 //...
}

我們想通過(guò)比較名的首字母來(lái)為聯(lián)系人排序：

Comparator<Contact> byFirstName = new Comparator<Contact>() {
 @Override
 public int compare(Contact o1, Contact o2) {
 return Character.compare(o1.getFirstName().charAt(0), o2.getFirstName().charAt(0));
 }
};

Lambda寫法：

Comparator<Contact> byFirstNameLambdaForm = (o1, o2) ->
 Character.compare(o1.getFirstName().charAt(0), o2.getFirstName().charAt(0));

寫完這段代碼后，IDEA立即提醒我代碼可以替換為Comparator.comparingInt(...)，不過(guò)這是后話，暫且不表。

在上面的代碼中，我們發(fā)現(xiàn)了組合行為，即Comparator<Contact>的compare(...)方法里面還套用了o.getFirstName()與Character.compare(...)這兩個(gè)方法(為了簡(jiǎn)潔，這里暫不考慮charAt(...))，在java.util.function中，我們找到了這種函數(shù)的原型：

public interface Function<T, R> {
 R apply(T t);
 //...
}

接收一個(gè)T類型的參數(shù)，返回一個(gè)R類型的結(jié)果。

現(xiàn)在我們將“比較名的首字母”這個(gè)比較鍵的提取行為抽成一個(gè)函數(shù)對(duì)象的實(shí)例：

Function<Contact, Character> keyExtractor = o -> o.getFirstName().charAt(0);

再將“比較首字母”這個(gè)具體的比較行為抽出來(lái)：

Comparator<Character> keyComparator = (c1, c2) -> Character.compare(c1, c2);

有了keyExtractor和keyComparator，我們?cè)賮?lái)重新裝配一下Comparator：

Comparator<Contact> byFirstNameAdvanced = (o1, o2) ->
 keyComparator.compare(keyExtractor.apply(o1), keyExtractor.apply(o2));

到了這一步，我們犧牲了簡(jiǎn)潔性，但獲得了相應(yīng)的靈活性，也就是說(shuō)，如果我們改變比較鍵為姓而非名，只需改動(dòng)keyExtractor為：

Function<Contact, Character> keyExtractor = o -> o.getLastName().charAt(0);

值得慶幸的是，庫(kù)的設(shè)計(jì)者考慮到了這一自然比較的需求的普遍性，因此為Comparator接口提供了靜態(tài)方法comparing(...)，只需傳入比較鍵的提取規(guī)則，就能針對(duì)該鍵生成相應(yīng)的Comparator，是不是非常神奇：

Comparator<Contact> compareByFirstName = Comparator.comparing(keyExtractor);

即使我們想改變比較的規(guī)則，比如比較聯(lián)系人姓與名的長(zhǎng)度，也只需做些許改動(dòng)：

Comparator<Contact> compareByNameLength = Comparator.comparing(p -> (p.getFirstName() + p.getLastName()).length());

這是一個(gè)重大的改進(jìn)，它將我們所關(guān)注的焦點(diǎn)真正集中在了比較的規(guī)則上面，而不是大量地構(gòu)建所必須的膠水代碼。

comparing(...)通過(guò)接收一個(gè)簡(jiǎn)單的行為，進(jìn)而基于這個(gè)行為構(gòu)造出更加復(fù)雜的行為。

贊！

然而更贊的是，對(duì)于流和管道，我們所需要的改動(dòng)甚至更少：

contacts.stream()
 .sorted(compareByNameLength)
 .forEach(c -> System.out.println(c.getFirstName() + " " + c.getLastName()));

小結(jié)

本章的代碼：

import java.util.ArrayList;
import java.util.Comparator;
import java.util.List;
import java.util.function.Function;
public class Bar {
 public static void main(String[] args) {
//    long validContactCounter = contactList.parallelStream()
//    .map(s -> new Contact().setFirstName(s))
//    .filter(Contact::call)
//    .count();
  List<Contact> contacts = new ArrayList<Contact>() {{
   add(new Contact().setFirstName("Foo").setLastName("Jack"));
   add(new Contact().setFirstName("Bar").setLastName("Ma"));
   add(new Contact().setFirstName("Olala").setLastName("Awesome"));
  }};
  Comparator<Contact> byFirstName = new Comparator<Contact>() {
   @Override
   public int compare(Contact o1, Contact o2) {
    return Character.compare(o1.getFirstName().charAt(0), o2.getFirstName().charAt(0));
   }
  };
  //--- Using Lambda form ---//
  Comparator<Contact> byFirstNameLambdaForm = (o1, o2) ->
    Character.compare(o1.getFirstName().charAt(0), o2.getFirstName().charAt(0));
  Function<Contact, Character> keyExtractor = o -> o.getFirstName().charAt(0);
  Comparator<Character> keyComparator = (c1, c2) ->
    Character.compare(c1, c2);
  Comparator<Contact> byFirstNameAdvanced = (o1, o2) ->
    keyComparator.compare(keyExtractor.apply(o1), keyExtractor.apply(o2));
  Comparator<Contact> compareByFirstName = Comparator.comparing(keyExtractor);
  Comparator<Contact> compareByNameLength = Comparator.comparing(p -> (p.getFirstName() + p.getLastName()).length());
  contacts.stream()
    .sorted(compareByNameLength)
    .forEach(c -> System.out.println(c.getFirstName() + " " + c.getLastName()));
 }
}

以及運(yùn)行結(jié)果：