Java 中使用 Lambda 为什么只能使用 final 变量

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1. 闭包和自由变量

Lambda 表达式在 Java 中是一种闭包（closure）。闭包是一种可以捕获上下文环境中变量的函数。在这个上下文中，不是参数也不是局部变量的变量被称为自由变量（free variable）。在 Java 的 Lambda 表达式中，自由变量的值是在创建 Lambda 时捕获的。

2. 堆栈模型和线程安全

Java 使用堆栈模型来管理内存。局部变量存储在栈上，而对象实例存储在堆上。当一个函数执行完毕后，它的栈帧被销毁，局部变量也随之消失。但是，Lambda 表达式可能在包含它的函数执行完毕后仍然存在，因此它不能直接引用存储在栈上的局部变量，否则这些变量在 Lambda 表达式执行时可能已经不再有效。

为了解决这个问题，Java 实现了一种机制，即当 Lambda 表达式捕获局部变量时，实际上捕获的是这个变量的副本，而这个副本是存储在堆上的。这样即使原始变量的生命周期结束了，Lambda 表达式仍然可以安全地使用这个副本。

3. 为什么要求变量是 final 或 effectively final

如果允许 Lambda 表达式引用的局部变量被修改，那么在 Lambda 表达式执行时，变量的值可能与捕获时不同，这会导致一些难以预料的结果，尤其是在并发环境中。为了避免这种不确定性和潜在的线程安全问题，Java 要求这些变量必须是 final 或 effectively final，即它们在初始化后就不再被修改。

4. 设计哲学和实现简洁性

从设计的角度来看，Lambda 表达式的目的是提供一种简洁、函数式的编程方式。允许 Lambda 表达式修改外部变量会使得代码变得更加复杂，违背了简洁性的原则。同时，要实现允许修改外部变量的功能，Java 虚拟机和编译器需要更复杂的实现，这可能会影响性能和可维护性。

总结

综上所述，Java 中 Lambda 表达式只能引用 final 或 effectively final 的局部变量的规则是基于内存模型、线程安全、以及设计哲学考虑的。这个限制有助于保持代码的简洁性和可预测性，尽管它在某些情况下可能会带来不便。在实际编程中，如果需要在 Lambda 表达式中使用可变数据，通常可以考虑使用类的字段、集合或其他数据结构来代替局部变量。