1.6 变量作用域

1.6 变量作用域

通常，我们希望能够在lamba 表达式的闭合方法或类中访问其他的变量，例如：
 

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();
}

假设有以下调用：

repeatMessage("Hello", 1000); //在另一个线程中打印Hello 一千次注意看lambda 表达式中的变量count 和text，它们并没有在lambda 表达式中被定义，而是方法repeatMessage 的参数变量。

如果你思考一下，就会发现这里有一些隐含的东西。lambda 表达式可能会在repeatMessage 返回之后才运行，此时参数变量已经消失了。如果保留text 和count 变量会怎样呢？

为了理解这一点，我们需要对lambda 表达式有更深入的理解。一个lambda 表达式包括三个部分：

1. 一段代码。

2. 参数。

3. 自由变量的值，这里的“自由”指的是那些不是参数并且没有在代码中定义的变量。

在我们的示例中，lambda 表达式有两个自由变量，text 和count。数据结构表示lambda 表达式必须存储这两个变量的值，即"Hello"和1000。我们可以说，这些值已经被lambda 表达式捕获了。（这是一个技术实现的细节。例如，你可以将一个lambda表达式转换为一个只含一个方法的对象，这样自由变量的值就会被复制到该对象的实例变量中。）

注意：含有自由变量的代码块被称之为“闭包（closure）”。如果有人得意洋洋地宣传他们的语言有闭包，你可以放心，Java 也有。在Java 中，lambda 表达式就是闭包。事实上，内部类一直都是闭包。Java 8 中为闭包赋予了更吸引人的语法。

如你所见，lambda 表达式可以捕获闭合作用域中的变量值。在Java 中，为了确保被捕获的值是被良好定义的，需要遵守一个重要的约束。在lambda 表达式中，被引用的变量的值不可以被更改。例如，下面这个表达式是不合法的：
 

public static void repeatMessage(String text, int count) {
Runnable r = () -> {
while (count > 0) {
count--; // 错误，不能更改已捕获变量的值
System.out.println(text);
Thread.yield();
}
};
new Thread(r).start();
}

做出这个约束是有原因的。更改lambda 表达式中的变量不是线程安全的。假设有一系列并发的任务，每个线程都会更新一个共享的计数器。
 

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

如果这段代码是合法的，那么会引起十分糟糕的结果。自增操作matches++不是原子操作，如果多个线程并发执行该自增操作，天晓得会发生什么。

注意：内部类也会捕获闭合作用域中的值。在Java 8之前，内部类只允许访问final的局部变量。为了适应lambda 表达式，这条规则现在也被放宽了。一个内部类可以访问任何有效的final 局部变量——即任何值不会发生变化的变量。

不要指望编译器会捕获所有并发访问错误。不可变的约束只作用在局部变量上。如果matches 是一个实例变量或者某个闭合类的静态变量，那么不会有任何错误被报告出来，即使结果同样未定义。

同样，改变一个共享对象也是完全合法的，即使这样并不恰当。例如，
 

List<Path> matches = new ArrayList<>();
for (Path p : files)
new Thread(() -> { if (p 中包含某些属性) matches.add(p); }).start();
// 你可以改变matches 的值，但是在多线程下是不安全的

注意matches 是“有效final”的（一个有效的final 变量被初始化后，就永远不会再被赋予一个新值的变量）。在我们的示例中，matches 总是引用同一个ArrayList对象。但是，这个对象是可变的，因此是线程不安全的。如果多个线程同时调用add 方法，结果将无法预测。

其实也有能够并发计数和收集值的线程安全的机制。在第2 章中，你将会学习如何使用stream 来收集具有某些属性的值。在其他情况下，你可能希望使用线程安全的计数器和集合。关于这一重要话题的更多信息，请参考第6 章。

注意：同内部类一样，我们也有一种巧妙的方式，能够让lambda 表达式更新一个闭合、局部作用域中的计数器。我们可以使用一个长度为1 的数组，如下所示。
 

int[] counter = new int[1];
button.setOnAction(event -> counter[0]++);

当然，像这样的代码不是线程安全的。对于一个按钮的回调方法来说，这无关紧要，但是一般来说，如果你真的想使用这种小技巧，还是应当三思而行。在第6 章你将会学习如何实现一个线程安全的共享计数器。

lambda 表达式的方法体与嵌套代码块有着相同的作用域。因此它也适用同样的命名冲突和屏蔽规则。在lambda 表达式中不允许声明一个与局部变量同名的参数或者局部变量。
 

Path first = Paths.get("/usr/bin");
Comparator<String> comp =
(first, second) -> Integer.compare(first.length(), second.length());
// 错误：变量first 已经被定义了

在一个方法中，你不能有两个同名的局部变量，因此，你也不能在lambda 表达式中引入这样的变量。

当你在lambda 表达式中使用this 关键字时，你会引用创建该lambda 表达式的方法的this 参数，以下面的代码为例：
 

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

表达式this.toString()会调用Application 对象的toString 方法，而不是Runnable 实例的toString 方法。在lambda 表达式中使用this，与在其他地方使用this 没有什么不同。lambda 表达式的作用域被嵌套在doWork 方法中，并且无论this 位于方法的何处，其意义都是一样的。