無狀態編程

說明

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前言

本文將會根據以下順序進行敘述：

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

• 函數式編程提倡的無狀態。

• 無狀態服務。

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 “lambda 表達式中的變量 i 應該是常量，或效果上與常量相當的”。

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 表達式多作為回調函數來使用，是延遲計算的。當回調函數真正被觸發時，外部傳入回調函數的局部變量可能已經被改變，這違背了使用者的預期。jdk 在編譯環節就否定了外部傳入 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的（聲明賦初值后就沒有被修改過的變量），在編譯環節禁止了這種風險。

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的（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 表達式中出現的外部局部變量，變成了此私有方法的入參。

根據實驗得出結論：

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

javac 編譯器中的"常量折疊"現象

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，為什么沒體現在根據 lambda 表達式生成的私有方法 lambda$main$0(); 的參數列表中呢？

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” 的現象，可以在編譯時完成對常量的計算工作，使 JVM 在運行字節碼時更快速。

函數式編程提倡的無狀態

函數式編程提倡的無狀態是什么？

lambda 表達式是函數式編程的思想，而函數式編程是提倡無狀態的，無狀態是指什么呢？

復述一段引用：夏梓耀 - 知乎

一般所說的狀態可視為 <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（具體實現可以是內存單元），value就是存儲的值了；

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

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

無狀態編程的優勢？

關于無狀態編程的優勢，可以看一下 stackOverflow 上的討論: Advantages of stateless programming

總結一下自己閱讀討論后的理解：

無狀態編程在并發編程場景下優勢明顯，可變狀態是多并發編程的天敵，會引發并發編程常見的竟態問題。如果默認情況下值是不可變的，開發者就無需擔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條件。由于沒有竟態條件，所以不需要使用鎖，因此不可變性也消除了與死鎖相關的問題。

純函數更容易測試和調試。

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

無狀態服務

無狀態就是指不能把例如用戶登錄信息這種數據，放在服務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據的，只有這臺機器自己能感知到。

用戶的不同操作，都會給這個服務集群發請求，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，從 單臺機器 移動到了 集中式存儲數據源，單臺機器就是無狀態的了。

一個服務集群中，每臺機器運行的是同樣的代碼，此時稱這個服務為無狀態服務。

總結

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)的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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