ラムダ式から参照されるローカル変数は、finalまたは事実上のfinalでなければならない理由

Question

Java8 において、ラムダ式外部のローカル変数を変更しようとすると、「ラムダ式から参照されるローカル変数は、finalまたは事実上のfinalである必要があります」というエラーになると思います。
また、Exceptionもラムダ式外部でCatchすることができません。

parallelストリーム であればNGなのは理解できますが、parallelでないものまでこのエラーとなります。
理由がわかる方がいらっしゃれば教えていただけないでしょうか。

parallel のときのみこの制約を適用する、という仕様では複雑になってしまうからでしょうか。

Answer 1

ローカル変数については、JVMの仕組み上、他のスコープから書き換えるという動作の実装ができないため、finalあるいは一度しか書き込みのない変数について、ラムダの生成時にコピーして渡すような実装になっています。ということで、「内部から書き換えうる」ものを弾くためにfinal限定となっています（プライベート変数については、親のクラスに見えないアクセサを作って対応しています）。

例外については、Javaの検査例外という仕組み上、ラムダから、ラムダを渡すインターフェースに指定されていない検査例外を投げうる形とするとコンパイルエラーになります。なお、非検査例外やインターフェースの例外指定があるために投げて構わない例外については（同期実行の場合）ラムダの外側でキャッチできます（参考）。

（編注）検査例外も状況によっては投げられるので、書き換えました。

Comments

[退会済みユーザー]

世間ではラムダとStream APIをよく混同されますが、正確には「ラムダ」からは例外をスローするのはOKであり、Stream APIでのスローはNGなわけです。

その一方でチェック例外をスローできるStream APIの実装例もあります。
https://github.com/JeffreyFalgout/ThrowingStream

[mosa]

すみません。final の話と例外の話を同時にしてしまったのは良くなかったですね。
また、ラムダとStreamを混同して書いていました。

「実装がそうだから」ということであれば、理論的には将来的にparallelでないストリームに関しては final、もしくは実質的finalでなくてもOKとするようにすることも可能なのでしょうか。

[maisumakun]

オブジェクトのアクセスは別ですが、それ以外の「プリミティブ型の変数への参照を取る」という機能がJVMレベルで存在しないので、実装しようとすればJavaレベルでなくJVM側にも手を入れる必要が出てくる可能性もあり、あまり現実的ではありません。そして、言語レベルで対応しなくても「publicなフィールドを持ったオブジェクト」を引き回すことで代用可能ですので、積極的にサポートするだけの動機もないと考えます。

[raccy]

Scalaのラムダ式ではvalの変数(Javaでいうfinalな変数)も、varの変数(Javaでいうfinalではない変数)も参照できますし、varの変数は再代入もできます。JVMレベルでどう実現しているかまでは確認していませんが、今のJVMのままでも実現できそうな気はします。

[mosa]

もう少しだけ引っ張らせてください。

Scalaは全てがオブジェクトなので、可能であると思います。

Javaでは下記の２つは等価？だと思うのですが、であれば、(JVMでなく)コンパイラでやってくれないものか・・・、と思いまして。
そもそも等価とはいえないですか？見当違いなことを言っていたらスミマセン。

■非ラムダ
List<String> list = Arrays.asList("hoge", "fuga");
int a = 0;
for(String elem : list){
if(elem.startsWith("h")){
a++;
}
}

■ラムダ
List<String> list = Arrays.asList("hoge", "fuga");
final int[] a = {0};
list.stream().filter(elem -> elem.startsWith("h")).forEach(elem -> a[0]++);

[mosa]

こちらで正式に質問し直しました。
https://teratail.com/questions/59704

Answer 2

mosaさん、私も十分理解していないのですが（特にinvokedynamic周り）、Javaはスタックフレーム形式でメソッドを実行しているというところに制約があるんだろうと思います。

一般的にはメソッドを呼び出すたびにスタックを積んでそこにローカル変数を入れれば良いわけです。しかし、Stream APIでは、invokedynamicを使って中間操作、終端操作を処理する流れで、スタックに格納するローカル変数を前もって決めなければならず、finalにしなければならないわけです。シーケンシャルであろうとパラレルであろうと、そういう仕組みになっているのでしょう。

JVMに手を入れる程度の話ではなく、それ以前にJava言語仕様を変えなければなりません。すると、互換性が損なわれることになり、エンタープライズ向けアプリケーションで大問題になります。