java se 8 lambdaで変わる プログラミングスタイル

Java SE 8 lambdaで変わるプログラミングスタイル

2013/11/15 きしだなおき

ラムダがきたよ

● 匿名関数● 関数型スタイルには必須● 流行！

JavaOneでのラムダ

● 関連セッションが大人気！！● どのセッションも行列！！● 人数オーバーで入れない！！

ラムダの目的

● 建前：並列化

● 本音：Cool！！

ラムダ構文

● 関数型インタフェース● ラムダ記法● メソッド参照

● interfaceのデフォルトメソッド

関数型インタフェース

● 実装すべきメソッドがひとつだけのインタフェース

– Runnable● 実装すべきメソッド:run()

– ActionListener● 実装すべきメソッド:actionPerformed(ActionEvent)

● @FuncationalInterfaceで検査可能

用意された関数型インタフェース

http://d.hatena.ne.jp/nowokay/20130824#1377300917

ラムダ構文の基礎

ActionListener al = new ActionListener() { @Override public void actionPerformed(ActionEvent e) { taOutput.append(txtMessage.getText() + "\n"); }};

ラムダ構文の基礎

ActionListener al = new ActionListener() { @Override public void actionPerformed(ActionEvent e) { taOutput.append(txtMessage.getText() + "\n"); }};

インタフェース名やメソッド名は推論される

ラムダ構文の基礎

ActionListener al = new ActionListener() { @Override public void actionPerformed(ActionEvent e) { taOutput.append(txtMessage.getText() + "\n"); }};

->

引数とメソッド本体の間に「->」が入る

ラムダ構文の基礎

ActionListener al = new ActionListener() { @Override public void actionPerformed(ActionEvent e) { taOutput.append(txtMessage.getText() + "\n"); }};

ActionListener al = (ActionEvent e) -> { taOutput.append(txtMessage.getText() + "\n");};

->

ラムダ構文の基礎

● IDEで変換

ラムダ構文の基礎

ActionListener al = new ActionListener() { @Override public void actionPerformed(ActionEvent e) { taOutput.append(txtMessage.getText() + "\n"); }};

ActionListener al = (ActionEvent e) -> { taOutput.append(txtMessage.getText() + "\n");};

->

引数の型も省略できる

ラムダ構文の基礎

ActionListener al = new ActionListener() { @Override public void actionPerformed(ActionEvent e) { taOutput.append(txtMessage.getText() + "\n"); }};

ActionListener al = (ActionEvent e) -> { taOutput.append(txtMessage.getText() + "\n");};

->

引数がひとつならカッコが省略できる

ラムダ構文の基礎

ActionListener al = new ActionListener() { @Override public void actionPerformed(ActionEvent e) { taOutput.append(txtMessage.getText() + "\n"); }};

ActionListener al = (ActionEvent e) -> { taOutput.append(txtMessage.getText() + "\n");};

->

本文が一行ならカッコとセミコロンが省略できる(return文のときはreturnも省略)

ラムダ構文の基礎

ActionListener al = new ActionListener() { @Override public void actionPerformed(ActionEvent e) { taOutput.append(txtMessage.getText() + "\n"); }};

ActionListener al = e ->taOutput.append(txtMessage.getText() + "\n");

->

メソッド参照

● 引数ひとつのインスタンスメソッド

– インスタンス::メソッド

● 引数ひとつのstaticメソッド引数なしのインスタンスメソッド

– クラス::メソッド

public void init() { btnInput.addActionListener(this::inputClicked);}

public void inputClicked(ActionEvent ae){ taOutput.append(txtMessage.getText() + "\n");}

デフォルトメソッド

● Listなどへのラムダ対応が必要

● interfaceがメソッドをもてる

● ついでに多重継承もできる

@FunctionalInterfaceinterface Hoge{ String foo(); default void bar(){ System.out.println(foo() + "ですってバー"); }}void proc(){ Hoge h = () -> "やあ"; h.bar();}

Stream

● 外部イテレーションから内部イテレーションへ

– 外部イテレーション(for)

– 内部イテレーション(Stream)

Stream

strs.stream() .filter(s -> s.startsWith("h")) .map(s -> s.toUpperCase()) .forEach(System.out::println);

for(String s : strs){ if(!s.startsWith("h")){ continue; } String u = s.toUpperCase(); System.out.println(u);}

外部イテレーション

内部イテレーション

操作種別

● ソース– 操作対象になる

● 中間操作

– 他のStreamを生成する

● 終端操作– 結果の実行

ソースソース 並列性 特徴

ArrayList、配列 良い SIZED, ORDERED

LinkedList 悪い SIZED, ORDERED

HashSet まあまあ SIZED, DISTINCT

TreeSet まあまあ SIZED, DISTINCT, SORTED, ORDERED

IntStream.range 良い SIZED, DISTINCT, SORTED, ORDERED

BufferedReader.lines 悪い ORDERED

特徴 説明

SIZED サイズが決まっている

DISTINCT 重複なし

ORDERED 順番つき

SORTED 整列済

中間操作

操作 効果 追記

fiter() SIZEDがはずれる

map() DISTINCT, SORTEDがはずれる

sorted() SORTED, ORDEREDが追加 SORTEDならなにもしない

distinct() DISTINCTが追加 DISTINCTならなにもしない

limit() すべてそのまま

終端操作

集計 toArray

reduce

collect

sum,min,max,count

anyMatch, allMatch

イテレーション forEach

検索 findFirst

findAny

プログラムモデルの変化

● リダクション(畳み込み)● 並列処理● 遅延実行● 無限ストリーム

● メモ化(実行結果キャッシュ)● null排除

リダクション(畳み込み)

● ストリームの値をひとつにまとめる

3 5 3 8 6 1 3 9

38

int s = IntStream.of(3, 5, 3, 8, 6, 1, 3, 9) .sum();

リダクション:集計

int[] ar = {3, 5, 3, 8, 6, 1, 3, 9};int total = 0;for(int i : ar){ total += i;}System.out.println(total);

int[] ar = {3, 5, 3, 8, 6, 1, 3, 9};System.out.println(Arrays.stream(ar).sum());

リダクションリスト変換

List<Integer> al = Arrays.asList(3, 5, 3, 8, 6, 1, 3, 9);List<Integer> pows = al.stream() .filter(i -> i < 5) .map(i -> i * i) .collect(Collectors.toList());

List<Integer> al = Arrays.asList(3, 5, 3, 8, 6, 1, 3, 9);List<Integer> pows = new ArrayList<>();for(int i : al){ if(i >= 5){ continue; } int pow = i * i; pows.add(pow);}

リダクション:判定

List<Integer> al = Arrays.asList(3, 5, 3, 8, 6, 1, 3, 9);boolean flag = al.stream() .allMatch(i -> i < 10);

List<Integer> al = Arrays.asList(3, 5, 3, 8, 6, 1, 3, 9);boolean flag = true;for(int i : al){ if(i >= 10){ flag = false; }}

リダクション:グループ化List<String> strs = Arrays.asList("hello", "paul", "heaven", "tatsuro");Map<String, List<String>> result = new HashMap<>();for(String s : strs){ String head = s.substring(0, 1); List<String> list = result.get(head); if(list == null){ list = new ArrayList<>(); result.put(head, list); } list.add(s);}for(Map.Entry<String, List<String>> me : result.entrySet()){ System.out.println(me.getKey() + ":" + me.getValue());}

List<String> strs = Arrays.asList("hello", "paul", "heaven", "tatsuro");Map<String, List<String>> result = strs.stream() .collect(Collectors.groupingBy(s -> s.substring(0, 1)));result.forEach((k, v) -> System.out.println(k + ": " + v));

リダクション:reduce

● 例：合計

– (((0 + a1) + a2) + a3)

– .sum() .reduce(0, (s, e) -> s + e)⇒

– .count() .map(e -> 1).sum()⇒

リダクション:reduce

● reduce(単位元, (s, e) -> s ＊ e)– s ＊ e：結合則のある2項演算

結合則：(s1 ＊ s2) ＊ s3=s1 ＊ (s2 ＊ s3)

– 単位元：zを単位元とすると、s ＊ z = z ＊ s = s

● 例: – a + b[単位元0]

– a × b[単位元1]

– a and b[単位元 true]

– list.add(b)[単位元 new ArrayList()]

リダクション(畳み込み)で何が変わるか

● 中間状態の隠蔽● 中間状態の管理が不要になる● 畳み込み操作でのバグは中間状態の操作ミスが

多かった

並列処理

3 5 3 8 6 1 3 9

int s = IntStream.of(3, 5, 3, 8, 6, 1, 3, 9) .parallel() .sum();

19

38

38123873811388

3819

● stream()の代わりにparallelStream()にするだけ

– もしくはparallel()の呼び出し

遅延実行

● Javaは即時評価の言語

● メソッド内で使われない値でも引数に渡すときに計算が必要だった

● ほとんどの場合に表示されないログやエラーでのメッセージ生成が無駄

logger.info(objWithManyFields.toString());

Objects.requireNonNull(objWithManyFields.getHoge(), objWithManyFields.toString());

遅延実行

● ラムダ式を渡すことで、必要なときに式を評価

● LoggerやObjects.requireNonNullは対応

logger.info(() -> objWithManyFields.toString());

Objects.requireNonNull(objWithManyFields.getHoge(), () -> objWithManyFields.toString());

遅延実行：Stream Pipeline

● Streamの中間操作は、終端操作のときに実行される

無限ストリーム

無限ストリーム(リスト)

IntStream.iterate(0, i -> i + 1) .limit(10) .forEach(System.out::println);

IntStream.iterate(321, i -> (i * 211 + 2111) % 1999) .limit(10) .forEach(System.out::println);

● Hondaストリームの無限チューンではありません

● 終端の決まらないストリーム

初期値次の値を求める処理

メモ化

● 実行結果キャッシュ

● ex:再帰フィボナッチ

public static void main(String... args){ LongStream.iterate(1, i -> i + 1) .map(i -> fib(i)) .forEach(System.out::println);}public static long fib(long x){ if(x <= 2) return 1; return fib(x - 1) + fib(x - 2);}

メモ化：再帰フィボナッチ

● 1回ごとに2回の呼び出し

– O(2^n)● なかなか進まない！

run:11235813・・・183631190329712150734807526976←このあたりで止まる

メモ化：メモ化再帰フィボナッチ

● 同じパラメータで何度も呼び出される● 結果キャッシュ⇒メモ化！

● computeIfAbsentが便利static Map<Long, Long> cache = new HashMap<>();public static long fib(long i){ return cache.computeIfAbsent(i, x -> { if(x <= 2) return 1L; return fib(x - 1) + fib(x - 2); });}

-415292901391291839-7413871255405604094-78291641567968959333203708661507051589-4625455495289844344

あっという間にlongも桁あふれ

null排除

● みんな大好きNullPointerException！ static String foo(int x){ return x > 0 && x < 10 ? IntStream.range(0, x) .mapToObj(c -> (char)('a' + c) + "") .collect(Collectors.joining()) : null; } static String bar(String s){ return s.chars().max().orElse(0) % 2 == 0 ? null : s; } public static void main(String... args){ for(int i = 0; i < 20; ++i){ String s = bar(foo(i)).toUpperCase(); System.out.println(s); } }

nullを返す可能性

nullを返す可能性

NullPointerExceptionの可能性

null排除：確実なnullチェックは面倒for(int i = 0; i < 20; ++i){ String s = foo(i); if(s == null) continue; String s2 = bar(s); if(s2 == null) continue; String up = s2.toUpperCase(); System.out.println(up);}

for(int i = 0; i < 20; ++i){ String s = bar(foo(i)).toUpperCase(); System.out.println(s);}

要nullチェック呼び出しの分

解も必要

IntStream.range(0, 20) .mapToObj(MyClass::foo) .filter(Objects::nonNull) .map(MyClass::bar) .filter(Objects::nonNull) .map(String::toUpperCase) .forEach(System.out::println);

IntStream.range(0, 20) .mapToObj(MyClass::foo) .map(MyClass::bar) .map(String::toUpperCase) .forEach(System.out::println);

Streamでも要nullチェック

null排除：Optional

● 型としてnullの可能性を示せる

● nullへの対処が書きやすい

static Optional<String> foo(int x){ return x > 0 && x < 10 ? Optional.of(IntStream.range(0, x) .mapToObj(c -> (char)('a' + c) + "") .collect(Collectors.joining())) : Optional.empty(); } static String bar(String s){ return s.chars().max().orElse(0) % 2 == 0 ? null : s; } public static void main(String... args){ for(int i = 0; i < 20; ++i){ foo(i) .map(MyClass::bar) .map(String::toUpperCase) .ifPresent(System.out::println); } }

Optionalが返る

一度Optionalにくるまれるとnullが返っても気にならない

null排除:Optional#flatMap static Optional<String> foo(int x){ return x > 0 && x < 10 ? Optional.of(IntStream.range(0, x) .mapToObj(c -> (char)('a' + c) + "") .collect(Collectors.joining())) : Optional.empty(); } static Optional<String> bar(String s){ return s.chars().max().orElse(0) % 2 == 0 ? Optional.empty() : Optional.of(s); } public static void main(String... args){ for(int i = 0; i < 20; ++i){ foo(i) .flatMap(MyClass::bar) .map(String::toUpperCase) .ifPresent(System.out::println); } }

Optionalが返るものをはさむならflagMap

null排除：Streamだとちょっと面倒かも

IntStream.range(0, 20) .mapToObj(MyClass::foo) .forEach(op -> { op.flatMap(MyClass::bar) .map(String::toUpperCase) .ifPresent(System.out::println); });

null排除：完璧ではない

● Optional自体がnullだとNullPointerExceptionstatic Optional<String> foo(int x){ return x > 0 && x < 10 ? Optional.of(IntStream.range(0, x) .mapToObj(c -> (char)('a' + c) + "") .collect(Collectors.joining())) : null;}static Optional<String> bar(String s){ return s.chars().max().orElse(0) % 2 == 0 ? null : Optional.of(s);}public static void main(String... args){ for(int i = 0; i < 20; ++i){ foo(i) .flatMap(MyClass::bar) .map(String::toUpperCase) .ifPresent(System.out::println); }}

nullを返してしまっている

NullPointerException!