Java小技巧：20行代码实现惰性求值

惰性求值/延时求值并非什么新技术，大概三四十年前就有了，SICP还专门有一节来讲述如何给语言解释器添加惰性求值的功能，不过这门技术在工程领域并没有大范围使用，大部分流行语言，例如C、C++、Java、JavaScript等，仍然使用严格求值。相比于严格求值，惰性求值在变量被访问的时候才进行求值，这可以避免一部分不会被访问的变量的计算。另外，可以将计算延迟到合适的时候，也给代码的组织和表达提供了更多的空间。

近几年，有些语言开始为惰性求值提供支持，例如Kotlin，可以编写如下代码来实现p在第一次访问时才求值，而非定义的时候，也不会在访问的时候每次都求值：

val p: String by lazy {
    // 计算字符串的值
    "str value"
}

Java语言并不支持惰性求值，但是可以利用一些函数式的特性来实现惰性求值的效果。本文就用简短的代码通过一个Lazy类来实现惰性求值的效果。

1. 示例

首先来看一个简单例子

public void testLazy(){
    Supplier<Integer> value = Lazy.from(() -> {
        System.out.println("eval value");
        return 1;
    });
    System.out.println("start...");
    System.out.println("value:" + value.get());
    System.out.println("value:" + value.get());
}

打印结果如下，可以看到代表求值的eval value信息只有在第一次访问的时候才打印：

start...
eval value
value:1
value:1

在来看另一种场景，在Android项目中，由于视图组件只有在onCreate后才能通过findViewById取到，因此有些字段不能表示为final，例如：

public class TestActivity extends Activity {

    private TextView tvName;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_test);
        tvName = findViewById(R.id.tv_name)
        tvName.get().setText("test");
    }
}  

这样可能导致其他人对这些字段重新赋值。我们也可以这样写来使这个字段仍然可以被表示为final：

public class TestActivity extends Activity {

    private final Supplier<TextView> tvName = Lazy.from(() -> findViewById(R.id.tv_name));

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_test);
        
        tvName.get().setText("test");
    }
}    

2. 使用说明

这个类的使用非常简单，一共两个方法：

1. from静态方法：这个方法接受一个Supplier并返回新的只求值一次的Supplier对象，用于构建惰性求值的对象。
2. get方法：这个方法实现了Supplier的get方法，不过只进行一次求值，用于获取变量的值。

3. 实现

完整代码如下

import java.util.function.Supplier;

public class Lazy<T> implements Supplier<T> {
    private final Supplier<T> supplier;
    private T value;
    private boolean isEvaluated = false;

    public static <T> Supplier<T> from(Supplier<T> supplier) {
        return new Lazy<>(supplier);
    }

    private Lazy(Supplier<T> supplier) {
        this.supplier = supplier;
    }

    @Override
    public T get() {
        if (!isEvaluated) {
            value = supplier.get();
            isEvaluated = true;
        }
        return value;
    }
}

4. 注意

这个类中的get方法并非线程安全，在多线程场景下，如果多个线程一起调用get方法可能导致重复求值。如果需要在多线程场景下使用，建议用synchronized修饰get方法，或使用其他同步手段。如果提供的Supplier参数可以看作纯函数且不耗时，则不需要考虑多线程问题。