無狀態(tài)編程

說明

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前言

本文將會根據(jù)以下順序進行敘述：

• lambda 表達式中傳入的局部變量，為什么需要是不可變的(final)？

• 函數(shù)式編程提倡的無狀態(tài)。

• 無狀態(tài)服務(wù)。

lambda 表達式中傳入的局部變量，為什么需要是不可變的(final)？

場景演示

public class Demo {public static void main(String[] args) {int i = 0;i = 2;Thread thread = new Thread(() -> {System.out.println(i);});} }

這里聲明了一個變量 i，初值為 0，然后對 i 的值做了修改，這讓 i 成為一個真正意義上的變量。于是 lambda 表達式在編譯時無法通過，報錯 “l(fā)ambda 表達式中的變量 i 應(yīng)該是常量，或效果上與常量相當?shù)摹薄?/p>

lambda 表達式中傳入的局部變量，為什么需要是不可變的(final)？

原因

lambda 表達式多作為回調(diào)函數(shù)來使用，是延遲計算的。當回調(diào)函數(shù)真正被觸發(fā)時，外部傳入回調(diào)函數(shù)的局部變量可能已經(jīng)被改變，這違背了使用者的預(yù)期。jdk 在編譯環(huán)節(jié)就否定了外部傳入 lambda 表達式一個變量，只能是常量(即 final 修飾)，或效果上與常量相當?shù)?#xff08;聲明賦初值后就沒有被修改過的變量），在編譯環(huán)節(jié)禁止了這種風(fēng)險。

解決方案

public class Demo {public static void main(String[] args) {final int i = 0;Thread thread = new Thread(() -> {System.out.println(i);});int j = 1;Thread thread1 = new Thread(() -> {System.out.println(j);});} }

像這樣，我們聲明一個常量 i，和一個效果上與常量相當?shù)?#xff08;聲明賦初值后就沒有被修改過的變量）j。i 和 j 都滿足 lambda 表達式對外部傳入的局部變量的要求，編譯可以通過。

lambda 表達式語法糖，編譯后的樣子

我們來看一下截圖中的 lambda 表達式，編譯后長什么樣？

# 這是編譯用的命令 javac Demo.java # 這是反編譯用的命令 javap -p Demo.class

public class lambda.concurrent.map.Demo {public lambda.concurrent.map.Demo();public static void main(java.lang.String[]);private static void lambda$main$1(int);private static void lambda$main$0();

可以看到，.java 文件的 thread1 中的 lambda 表達式，被編譯成了當前類中一個叫 lambda$main$1(int); 的私有方法，原先 lambda 表達式中出現(xiàn)的外部局部變量，變成了此私有方法的入?yún)ⅰ?/p>

根據(jù)實驗得出結(jié)論：

lambda 表達式是一個語法糖，在編譯后會生成一個當前類的私有方法。

lambda 表達式內(nèi)直接引用局部變量，本質(zhì)是一種隱式傳參，編譯時會自動將引用的局部變量，放到根據(jù) lambda 表達式生成的私有方法的參數(shù)列表中。

javac 編譯器中的"常量折疊"現(xiàn)象

還有一點疑惑，.java 文件的 thread 中的 lambda 表達式，引用了一個常量。這個常量，為什么沒體現(xiàn)在根據(jù) lambda 表達式生成的私有方法 lambda$main$0(); 的參數(shù)列表中呢？

我們來看一下 IDEA 為我們反編譯出的更直觀的 .class 文件：

public class Demo {public Demo() {}public static void main(String[] args) {int i = false;new Thread(() -> {// 這行注釋是我自己加的。請注意，常量 0，編譯后直接替換掉了原先的變量符號System.out.println(0);});int j = 1;new Thread(() -> {System.out.println(j);});} }

我們可以看到，之前的常量 0，編譯后直接替換掉了原先的變量符號。這是 javac 編譯器的一種叫 “常量折疊” 的現(xiàn)象，可以在編譯時完成對常量的計算工作，使 JVM 在運行字節(jié)碼時更快速。

函數(shù)式編程提倡的無狀態(tài)

函數(shù)式編程提倡的無狀態(tài)是什么？

lambda 表達式是函數(shù)式編程的思想，而函數(shù)式編程是提倡無狀態(tài)的，無狀態(tài)是指什么呢？

復(fù)述一段引用：夏梓耀 - 知乎

一般所說的狀態(tài)可視為 <reference, store, value> 這樣的三元組(引用，存儲，值)，reference 也可以叫 pointer，store 可看做是一個接受 reference 返回 value 的容器（具體實現(xiàn)可以是內(nèi)存單元），value就是存儲的值了；

狀態(tài)變化是指兩方面變化了：1. reference 改變，2. reference 所指向的 value 改變。

函數(shù)式編程提倡的無狀態(tài)是指，“進去過的東西不因進去過而改變”，可以理解為不要在函數(shù)內(nèi)修改由外部提供的變量的狀態(tài)。

無狀態(tài)編程的優(yōu)勢？

關(guān)于無狀態(tài)編程的優(yōu)勢，可以看一下 stackOverflow 上的討論: Advantages of stateless programming

總結(jié)一下自己閱讀討論后的理解：

無狀態(tài)編程在并發(fā)編程場景下優(yōu)勢明顯，可變狀態(tài)是多并發(fā)編程的天敵，會引發(fā)并發(fā)編程常見的竟態(tài)問題。如果默認情況下值是不可變的，開發(fā)者就無需擔(dān)心某個線程會改變多個線程之間共享變量的值，因此不可變的值消除了竟態(tài)條件。由于沒有竟態(tài)條件，所以不需要使用鎖，因此不可變性也消除了與死鎖相關(guān)的問題。

純函數(shù)更容易測試和調(diào)試。

比較簡單的無狀態(tài)實現(xiàn)方式，final 修飾變量，把變量標記為不可變。比如 String 類的設(shè)計，value 屬性加了 fianl 修飾，這讓 String 天然就是線程安全的。

無狀態(tài)服務(wù)

無狀態(tài)就是指不能把例如用戶登錄信息這種數(shù)據(jù)，放在服務(wù)集群中的某臺實例機器上，這樣其他機器是感知不到這個數(shù)據(jù)的，只有這臺機器自己能感知到。

用戶的不同操作，都會給這個服務(wù)集群發(fā)請求，到底哪臺機器處理這個用戶的本次請求，是不確定的。

所以用戶登錄信息，必須得放在一個服務(wù)集群中任何一臺機器都能感知到的地方，比如集中存儲到 redis 中。

這樣就把"用戶登錄信息"這個狀態(tài)，從 單臺機器 移動到了 集中式存儲數(shù)據(jù)源，單臺機器就是無狀態(tài)的了。

一個服務(wù)集群中，每臺機器運行的是同樣的代碼，此時稱這個服務(wù)為無狀態(tài)服務(wù)。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的无状态编程, lambda 表达式中传入的局部变量，为什么需要是不可变的(final)的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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