为什么Java Lambda表达式不会引入新的作用域级别？

Question

据我了解，像Haskell这样的语言以及λ演算中，每个λ表达式都有自己的作用域。因此如果我有嵌套的 λ 表达式，例如：\x -> (\x -> x)，那么第一个 \x 参数就不同于第二个 \x。

在Java中，如果这样做会导致编译错误，就像如果在lambda中再次使用x作为参数名称或局部变量名称，若它已经在封闭作用域中被使用，比如作为方法参数。

有没有人知道为什么Java会以这种方式实现lambda表达式 - 为什么不让它们引入新的作用域，并像匿名类一样运行呢？我猜想这是因为某些限制或优化，或者可能是因为需要将lambda集成到现有语言中。

- Tranquility

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在这些语言中，你如何引用嵌套的 lambda 中的外部 x？ - Sotirios Delimanolis

@SotiriosDelimanolis，你不一定需要这样做，这是一个设计决策。例如，在定义另一个x的匿名类中，您也可以不访问局部变量x，这是完全有效的。 - Vampire

可能是Variable is already defined in method lambda的重复问题。 - ZhekaKozlov

Answer 1

这与Java中其他代码块的行为相同。

这将导致编译错误。

int a;
{
    int a;
}

虽然这并不会

{
    int a;
}
{
    int a;
}

您可以在JLS的第6.4节中阅读相关主题，以及一些推理。

- Vampire

Answer 2

一个 Lambda 块是一个新的块，也就是作用域，但它不像匿名类实现一样建立新的上下文/层级。

来自 Java 语言规范 15.27.2 Lambda Body：

与出现在匿名类声明中的代码不同，在 lambda 主体中出现的名称、this 和 super 关键字以及引用声明的可访问性与周围上下文中的相同（除了 lambda 参数引入新名称）。

并且从 JLS 6.4 Shadowing and Obscuring：

这些规则允许在嵌套类声明（本地类（§14.3）和匿名类（§15.9））中重新声明变量或本地类。因此，形式参数、局部变量或本地类的声明可以在方法、构造函数或 lambda 表达式中嵌套的类声明中被遮蔽；在 catch 子句的块内部嵌套的类声明中可能会遮蔽异常参数的声明。

处理由 lambda 参数和 lambda 表达式中声明的其他变量创建的名称冲突有两种设计选择。一种是模仿类声明：像本地类一样，lambda 表达式引入了一个新的“级别”来命名，外部表达式中的所有变量名都可以被重新声明。另一种是“本地”策略：像 catch 子句、for 循环和块一样，lambda 表达式在与封闭上下文相同的“级别”上运行，外部局部变量无法被遮蔽。以上规则使用本地策略；没有特殊的豁免允许在 lambda 表达式中声明的变量遮蔽在封闭方法中声明的变量。

示例：

class Test {
    private int f;
    public void test() {
        int a;
        a = this.f;     // VALID
        {
            int a;      // ERROR: Duplicate local variable a
            a = this.f; // VALID
        }
        Runnable r1 = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                int a;           // VALID (new context)
                a = this.f;      // ERROR: f cannot be resolved or is not a field
                                 //   (this refers to the instance of Runnable)
                a = Test.this.f; // VALID
            }
        };
        Runnable r2 = () -> {
            int a;      // ERROR: Lambda expression's local variable a cannot redeclare another local variable defined in an enclosing scope.
            a = this.f; // VALID
        };
    }
}

- Andreas

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所以为什么他们做出了这个决定呢？是因为有限制导致他们无法这样做，还是因为不这样做有好处，比如每个lambda都没有新的作用域层级？ - Tranquility

Answer 3

Java中的Lambda表达式确实引入了一个新的作用域——在Lambda表达式中声明的任何变量只能在该Lambda表达式内部访问。

您真正询问的是“遮蔽”——更改已经绑定在某个外部作用域中的变量的绑定。

允许一定程度的遮蔽是合理的：您希望能够通过本地名称遮蔽全局名称，否则您可能会通过向某个全局命名空间添加新名称来破坏本地代码。为了简单起见，很多语言都将这个规则扩展到本地名称。

另一方面，重新绑定本地名称是一种代码异味，并且可能是微妙错误的源头，同时也不提供任何技术优势。由于您提到了Haskell，您可以查看Lambda the Ultimate上的这个讨论。

这就是为什么Java禁止遮蔽本地变量（像许多其他潜在危险的事情一样），但允许用本地变量遮蔽属性（以便添加属性永远不会破坏已经使用该名称的方法）。

因此，Java 8的设计师们不得不回答一个问题，即lambda是否应该更像代码块（无遮蔽）还是像内部类（遮蔽），并做出了将它们视为前者的有意决定。

- fdreger

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“不提供任何技术优势”这个说法有点过于绝对了。也许可以用“许多”来替代“任何”。比如，我想要使用lambda参数来高效地模拟动态绑定，但由于阴影限制，我无法实现。此外，阴影限制意味着像a -> a + 1这样的表达式，在其他语言中是封闭的，但在Java中却不是封闭的。如果你想在不同的上下文中使用这个表达式，可能需要将a重命名为其他名称。 - undefined

Answer 4

虽然其他答案让人觉得这是语言设计者做出的明确决定，但实际上有一个JEP提议引入lambda参数的遮蔽（重点在于我）：

Lambda参数不允许遮蔽封闭作用域中的变量。[...] 解除这个限制是可取的，并且允许lambda参数（以及使用lambda声明的本地变量）遮蔽在封闭作用域中定义的变量。

该提议相对较旧，显然还没有进入JDK。但由于它还包括更好的下划线处理方式（在Java 8中已将其作为标识符弃用，为此处理铺平道路），我可以想象整个提议并未完全被否决。

- rolve