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Java中Lambda表达式并行与组合行为

从串行到并行

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串行指一个步骤一个步骤地处理,也就是通常情况下,代码一行一行地执行。

如果将我们常用的迭代器式的循环展开的话,就是串行执行了循环体内所定义的操作:

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

在书的一开始,就提到Java需要支持集合的并行计算(而Lambda为这个需求提供了可能)。

这些功能将全部被实现于库代码中,对于我们使用者,实现并行的复杂性被大大降低(最低程度上只需要调用相关方法)。

另外,关于并发与并行这两个概念,其实是不同的,如果不明白的话请自行了解,在此只引用一句非常流行的话:

一个是关于代码结构,一个是关于代码执行。

如果我们想将一个计算任务均匀地分配给CPU的四个内核,我们会给每个核分配一个用于计算的线程,每个线程上进行整个任务的子任务。

书上有一段非常形象的伪代码:

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()
}

代码中,将每四个任务元素分为一组,用四个内核对其进行并行处理,然后每两组进行一次结果的合并,最终得到整个任务队列的最终结果。

从整体处理流程上看,先将任务队列递归地进行分组,并行处理每一组,然后将结果递归地进行合并(合并通过管道终止操作实现)。

Java8之前,开发者们使用一种针对集合的fork/join框架来实现该模式。

然而现在,想对代码进行性能优化,就是一件非常容易的事了。

还记得我们上一节中所得出的最终代码:

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

稍加改动:

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

注意stream()变为parallelStream()

同时下图将展示如何根据四个核对上述任务进行分解处理,最终合并结果并终止管道。

注意递归分解的目的是使子任务们足够小来串行执行。

组合行为

Java写手应该知道,Java中并不存在纯粹的“函数”,只存在“方法”。也就是说,Java中的函数必须依赖于某一个类,或者作为类的某种行为存在。

而在其他语言中,存在纯函数,以CoffeeScript的语法,声明一个函数:

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

这种写法与Lambda表达式的语法非常相近,也就是说,相比于匿名内部类,Lambda表达式看上去更像是一种函数表达式。

对于函数,一个核心操作便是组合。如果要求一元二次函数的其中一个解sqrt(sqr(b) - 4 * a * c),便是对多个子函数进行了组合。

对于面向对象,我们通过解耦的方式来分解它,同样,我们也希望以此种方式分解一个函数行为。

首先,沿用上两节中使用的例子,对Contact类稍作修改,将name属性分拆为名和姓:

private String firstName;
private String lastName;

假设我们现在想要对联系人们进行排序,创建自定义排序的Java标准方式是创建一个Comparator:

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

我们想通过比较名的首字母来为联系人排序:

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

Lambda写法:

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

写完这段代码后,IDEA立即提醒我代码可以替换为Comparator.comparingInt(...),不过这是后话,暂且不表。

在上面的代码中,我们发现了组合行为,即Comparator的compare(...)方法里面还套用了o.getFirstName()与Character.compare(...)这两个方法(为了简洁,这里暂不考虑charAt(...)),在java.util.function中,我们找到了这种函数的原型:

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

接收一个T类型的参数,返回一个R类型的结果。

现在我们将“比较名的首字母”这个比较键的提取行为抽成一个函数对象的实例:

Function keyExtractor = o -> o.getFirstName().charAt(0);

再将“比较首字母”这个具体的比较行为抽出来:

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

有了keyExtractor和keyComparator,我们再来重新装配一下Comparator:

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

到了这一步,我们牺牲了简洁性,但获得了相应的灵活性,也就是说,如果我们改变比较键为姓而非名,只需改动keyExtractor为:

Function keyExtractor = o -> o.getLastName().charAt(0);

值得庆幸的是,库的设计者考虑到了这一自然比较的需求的普遍性,因此为Comparator接口提供了静态方法comparing(...),只需传入比较键的提取规则,就能针对该键生成相应的Comparator,是不是非常神奇:

Comparator compareByFirstName = Comparator.comparing(keyExtractor);

即使我们想改变比较的规则,比如比较联系人姓与名的长度,也只需做些许改动:

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

这是一个重大的改进,它将我们所关注的焦点真正集中在了比较的规则上面,而不是大量地构建所必须的胶水代码。

comparing(...)通过接收一个简单的行为,进而基于这个行为构造出更加复杂的行为。

赞!

然而更赞的是,对于流和管道,我们所需要的改动甚至更少:

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

小结

本章的代码:

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 contacts = new ArrayList() {{
   add(new Contact().setFirstName("Foo").setLastName("Jack"));
   add(new Contact().setFirstName("Bar").setLastName("Ma"));
   add(new Contact().setFirstName("Olala").setLastName("Awesome"));
  }};
  Comparator byFirstName = new Comparator() {
   @Override
   public int compare(Contact o1, Contact o2) {
    return Character.compare(o1.getFirstName().charAt(0), o2.getFirstName().charAt(0));
   }
  };
  //--- Using Lambda form ---//
  Comparator byFirstNameLambdaForm = (o1, o2) ->
    Character.compare(o1.getFirstName().charAt(0), o2.getFirstName().charAt(0));
  Function keyExtractor = o -> o.getFirstName().charAt(0);
  Comparator keyComparator = (c1, c2) ->
    Character.compare(c1, c2);
  Comparator byFirstNameAdvanced = (o1, o2) ->
    keyComparator.compare(keyExtractor.apply(o1), keyExtractor.apply(o2));
  Comparator compareByFirstName = Comparator.comparing(keyExtractor);
  Comparator compareByNameLength = Comparator.comparing(p -> (p.getFirstName() + p.getLastName()).length());
  contacts.stream()
    .sorted(compareByNameLength)
    .forEach(c -> System.out.println(c.getFirstName() + " " + c.getLastName()));
 }
}

以及运行结果:

Bar Ma
Foo Jack
Olala Awesome

以上所述是小编给大家介绍的Java中Lambda表达式并行与组合行为,希望对大家有所帮助,如果大家有任何疑问请给我留言,小编会及时回复大家的。在此也非常感谢大家对创新互联网站的支持!


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