知識星球（點選上方公眾號，可快速關註）
來源：ImportNew – yizhe
Java 中惰性求值的潛能，完全被忽視了（在語言層面上，它僅被用來實現 短路求值 ）。更先進的語言，如 Scala，區分了傳值呼叫與傳名呼叫，或者引入了 lazy 這樣的關鍵字。
儘管 Java 8 透過延遲佇列的實現（java.util.stream.Stream）在惰性求值的方面有些改進，但是我們會先跳過 Stream，而把重點放在如何使用 lambda 運算式實現一個輕量級的惰性求值。
基於 lambda 的惰性求值
Scala
當我們想對 Scala 中的方法引數進行惰性求值時，我們用“傳名呼叫”來實現。
讓我們建立一個簡單的 foo 方法，它接受一個 String 示例，然後傳回這個 String：
def foo(b: String): String = b
一切都是馬上傳回的，跟 Java 中的一樣。如果我們想讓 b 的計算延遲，可以使用傳名呼叫的語法，只要在 b 的型別宣告上加兩個符號，來看：
def foo(b: => String): String = b
如果用 javap 反編譯上面生成的 *.class 檔案，可以看到:
Compiled from “LazyFoo.scala”
public final class LazyFoo {
public static java.lang.String foo(scala.Function0
); Code:
0: getstatic #17 // Field LazyFoo.MODULE:LLazyFoo$;
3: aload_0
4: invokevirtual #19 // Method LazyFoo$.foo:(Lscala/Function0;)Ljava/lang/String;
7: areturn
}
看起來傳給這個函式的引數不再是一個 String 了，而是變成了一個 Function0，這使得對這個運算式進行延遲計算變得可能 —— 只要我們不去呼叫他，計算就不會被觸發。Scala 中的惰性求值就是這麼簡單。
使用 Java
現在，如果我們需要延遲觸發一個傳回 T 的計算，我們可以復用上面的思路，將計算包裝為一個傳回 Supplier 實體的 Java Function0 ：
Integer v1 = 42; // eager
Supplier
v2 = () -> 42; // lazy
如果需要花費較長時間才能從函式中獲得結果，上面這個方法會更加實用：
Integer v1 = compute(); //eager
Supplier
value = () -> compute(); // lazy
同樣的，這次傳入一個方法作為引數：
private static int computeLazily(Supplier
value) { // …
}
如果仔細觀察 Java 8 中新增的 API，你會註意到這種樣式使用得特別頻繁。一個最顯著的例子就是 Optional#orElseGet ，Optional#orElse 的惰性求值版本。
如果不使用這種樣式的話，那麼 Optional 就沒什麼用處了… 或許吧。當然，我們不會滿足於 suppliers 。我們可以用同樣的方法復用所有 functional 介面。
執行緒安全和快取
不幸的是，上面這個簡單的方法是有缺陷的：每次呼叫都會觸發一次計算。不僅多執行緒的呼叫有這個缺陷，同一個執行緒連續呼叫多次也有這個缺陷。不過，如果我們清楚這個缺陷，並且合理的使用這個技術，那就沒什麼問題。
使用快取的惰性求值
剛才已經提到，基於 lambda 運算式的方法在一些情況下是有缺陷的，因為傳回值沒有儲存起來。為了修複這個缺陷，我們需要構造一個專用的工具，讓我們叫它 Lazy ：
public class Lazy
{ … }
這個工具需要自身同時儲存 Supplier 和 傳回值 T。
@RequiredArgsConstructor
public class NaiveLazy
{
private final Supplier
supplier; private T value;
public T get() {
if (value == null) {
value = supplier.get();
}
return value;
}
}
就是這麼簡單。註意上面的程式碼僅僅是一個概念模型，暫時還不是執行緒安全的。
幸運的是，如果想讓它變得執行緒安全，只需要保證不同的執行緒在獲取傳回值的時候不會觸發同樣的計算。這可以簡單的透過雙重檢查鎖定機制來實現（我們不能直接在 get() 方法上加鎖，這會引入不必要的競爭）：
@RequiredArgsConstructor
public class Lazy
{
private final Supplier
supplier;
private volatile T value;
public T get() {
if (value == null) {
synchronized (this) {
if (value == null) {
value = supplier.get();
}
}
}
return value;
}
}
現在，我們有了一個完整的 Java 惰性求值的函式化實現。由於它不是在語言的層面實現的，需要付出建立一個新物件的代價。
更深入的討論
當然，我們不會就此打住，我們可以進一步的最佳化這個工具。比如，透過引入一個惰性的 filter()/flatMap()/map() 方法，可以讓它使用起來更加流暢，並且組合性更強：
public
Lazy map(Function mapper) { return new Lazy<>(() -> mapper.apply(this.get()));
}
public
Lazy flatMap(Function > mapper) { return new Lazy<>(() -> mapper.apply(this.get()).get());
}
public Lazy
> filter(Predicate predicate) { return new Lazy<>(() -> Optional.of(get()).filter(predicate));
}
最佳化永無止境。
我們也可以暴露一個方便的工廠方法：
public static
Lazy of(Supplier supplier) { return new Lazy<>(supplier);
}
實際使用上：
Lazy.of(() -> compute(42))
.map(s -> compute(13))
.flatMap(s -> lazyCompute(15))
.filter(v -> v > 0);
你可以看到，只要作為呼叫鏈底層的 #get 方法沒有被呼叫，那麼什麼計算也不會觸發。
Null 的處理
某些情況下，null 會被當做有意義的值。不過它與我們的實現有衝突 —— 一個有意義的 null 值被當做一個未初始化的值，這不太合適。
解決方法也很簡單，直接把這種可能的結果包裝到一個 Optional 實體裡傳回。
除此之外，明確禁止 null 作為傳回值也是一個好辦法，比如：
value = Objects.requireNonNull(supplier.get());
回收不再使用的 Supplier
有些讀者可能已經註意到了，結果計算完畢之後，supplier 就不再使用了，但是它仍然佔據一些資源。
解決辦法就是把 Supplier 標記為非 final 的，一旦結果計算完畢，就把它置為 null。
完整的例子
public class Lazy
{ private transient Supplier
supplier; private volatile T value;
public Lazy(Supplier
supplier) { this.supplier = Objects.requireNonNull(supplier);
}
public T get() {
if (value == null) {
synchronized (this) {
if (value == null) {
value = Objects.requireNonNull(supplier.get());
supplier = null;
}
}
}
return value;
}
public
Lazy map(Function mapper) { return new Lazy<>(() -> mapper.apply(this.get()));
}
public
Lazy flatMap(Function > mapper) { return new Lazy<>(() -> mapper.apply(this.get()).get());
}
public Lazy
> filter(Predicate predicate) { return new Lazy<>(() -> Optional.of(get()).filter(predicate));
}
public static
Lazy of(Supplier supplier) { return new Lazy<>(supplier);
}
}
以上的程式碼也可以在 GitHub 上找到。
https://github.com/pivovarit/articles/tree/master/java-lazy-initialization
關於投稿】
如果大家有原創好文投稿，請直接給公號傳送留言。
① 留言格式：
【投稿】+《 文章標題》+ 文章連結
② 示例：
【投稿】《不要自稱是程式員，我十多年的 IT 職場總結》：http://blog.jobbole.com/94148/
③ 最後請附上您的個人簡介哈~
看完本文有收穫？請轉發分享給更多人
關註「ImportNew」，提升Java技能
