以前写 Java 的时候，听到前端同学谈论闭包，觉得甚是新奇，后面自己写了一小段时间 JS，虽只学到皮毛，也大概了解到闭包的概念，现在工作常用语言是 Go，很多优雅的代码中总是有闭包的身影，看来不了解个透是不可能的了，本文让我来科普(按照自己水平随便瞎扯)一下：
1、什么是闭包？
1.1 前提知识铺垫
1.2.1 函数式编程
函数式编程是一种编程范式，看待问题的一种方式，每一个函数都是为了用小函数组织成为更大的函数，函数的参数也是函数，函数返回的也是函数。我们常见的编程范式有：
函数式编程可以认为是面向对象编程的对立面，一般只有一些编程语言会强调一种特定的编程方式，大多数的语言都是多范式语言，可以支持多种不同的编程方式，比如 JavaScript ，Go 等。
函数式编程是一种思维方式，将电脑运算视为函数的计算，是一种写代码的方法论，其实我应该聊函数式编程，然后再聊到闭包，因为闭包本身就是函数式编程里面的一个特点之一。
在函数式编程中，函数是头等对象，意思是说一个函数，既可以作为其它函数的输入参数值，也可以从函数中返回值，被修改或者被分配给一个变量。(维基百科)
一般纯函数编程语言是不允许直接使用程序状态以及可变对象的，函数式编程本身就是要避免使用 共享状态，可变状态，尽可能避免产生 副作用。
函数式编程一般具有以下特点：
1.2.2 函数作用域
作用域（scope），程序设计概念，通常来说，一段程序代码中所用到的名字并不总是有效/可用的，而限定这个名字的可用性的代码范围就是这个名字的作用域。
通俗易懂的说，函数作用域是指函数可以起作用的范围。函数有点像盒子，一层套一层，作用域我们可以理解为是个封闭的盒子，也就是函数的局部变量，只能在盒子内部使用，成为独立作用域。
函数内的局部变量，出了函数就跳出了作用域，找不到该变量。（里层函数可以使用外层函数的局部变量，因为外层函数的作用域包括了里层函数），比如下面的 innerTmep 出了函数作用域就找不到该变量，但是 outerTemp 在内层函数里面还是可以使用。
不管是任何语言，基本存在一定的内存回收机制，也就是回收用不到的内存空间，回收的机制一般和上面说的函数的作用域是相关的，局部变量出了其作用域，就有可能被回收，如果还被引用着，那么就不会被回收。
1.2.3 作用域的继承关系
所谓作用域继承，就是前面说的小盒子可以继承外层大盒子的作用域，在小盒子可以直接取出大盒子的东西，但是大盒子不能取出小盒子的东西，除非发生了逃逸（逃逸可以理解为小盒子的东西给出了引用，大盒子拿到就可以使用）。一般而言，变量的作用域有以下两种：
1.2 闭包的定义
“多数情况下我们并不是先理解后定义，而是先定义后理解“，先下定义，读不懂没关系：
闭包（closure）是一个函数以及其捆绑的周边环境状态（lexical environment，词法环境）的引用的组合。 换而言之，闭包让开发者可以从内部函数访问外部函数的作用域。 闭包会随着函数的创建而被同时创建。
一句话表述：
闭
包
=
函
数
+
引
用
环
境
闭包 = 函数 + 引用环境
闭包=函数+引用环境
以上定义找不到 Go语言 这几个字眼，聪明的同学肯定知道，闭包是和语言无关的，不是 JavaScript 特有的，也不是 Go 特有的，而是函数式编程语言的特有的，是的，你没有看错，任何支持函数式编程的语言都支持闭包，Go 和 JavaScript 就是其中之二， 目前 Java 目前版本也是支持闭包的，但是有些人可能认为不是完美的闭包，详细情况文中讨论。
1.3 闭包的写法
1.3.1 初看闭包
下面是一段闭包的代码：
import "fmt"
func main() {
sumFunc := lazySum([]int{1, 2, 3, 4, 5})
fmt.Println("等待一会")
fmt.Println("结果：", sumFunc())
}
func lazySum(arr []int) func() int {
fmt.Println("先获取函数，不求结果")
var sum = func() int {
fmt.Println("求结果...")
result := 0
for _, v := range arr {
result = result + v
}
return result
}
return sum
}
先获取函数，不求结果
等待一会
求结果...
结果： 15
可以看出，里面的 sum() 方法可以引用外部函数 lazySum() 的参数以及局部变量，在lazySum()返回函数 sum() 的时候，相关的参数和变量都保存在返回的函数中，可以之后再进行调用。
上面的函数或许还可以更进一步，体现出捆绑函数和其周围的状态，我们加上一个次数 count：
import "fmt"
func main() {
sumFunc := lazySum([]int{1, 2, 3, 4, 5})
fmt.Println("等待一会")
fmt.Println("结果：", sumFunc())
fmt.Println("结果：", sumFunc())
fmt.Println("结果：", sumFunc())
}
func lazySum(arr []int) func() int {
fmt.Println("先获取函数，不求结果")
count := 0
var sum = func() int {
count++
fmt.Println("第", count, "次求结果...")
result := 0
for _, v := range arr {
result = result + v
}
return result
}
return sum
}
上面代码输出什么呢？次数 count 会不会发生变化，count明显是外层函数的局部变量，但是在内存函数引用（捆绑），内层函数被暴露出去了，执行结果如下：
先获取函数，不求结果
等待一会
第 1 次求结果...
结果： 15
第 2 次求结果...
结果： 15
第 3 次求结果...
结果： 15
此时有人可能有疑问了，前面是lazySum（）被创建了 1 次，执行了 3 次，但是如果是 3 次执行都是不同的创建，会是怎么样呢？实验一下：
import "fmt"
func main() {
sumFunc := lazySum([]int{1, 2, 3, 4, 5})
fmt.Println("等待一会")
fmt.Println("结果：", sumFunc())
sumFunc1 := lazySum([]int{1, 2, 3, 4, 5})
fmt.Println("等待一会")
fmt.Println("结果：", sumFunc1())
sumFunc2 := lazySum([]int{1, 2, 3, 4, 5})
fmt.Println("等待一会")
fmt.Println("结果：", sumFunc2())
}
func lazySum(arr []int) func() int {
fmt.Println("先获取函数，不求结果")
count := 0
var sum = func() int {
count++
fmt.Println("第", count, "次求结果...")
result := 0
for _, v := range arr {
result = result + v
}
return result
}
return sum
}
执行的结果如下，每次执行都是第 1 次：
先获取函数，不求结果
等待一会
第 1 次求结果...
结果： 15
先获取函数，不求结果
等待一会
第 1 次求结果...
结果： 15
先获取函数，不求结果
等待一会
第 1 次求结果...
结果： 15
从以上的执行结果可以看出：
闭包被创建的时候，引用的外部变量count就已经被创建了 1 份，也就是各自调用是没有关系的。
继续抛出一个问题，**如果一个函数返回了两个函数，这是一个闭包还是两个闭包呢？**下面我们实践一下：
import "fmt"
func main() {
sumFunc, productSFunc := lazyCalculate([]int{1, 2, 3, 4, 5})
fmt.Println("等待一会")
fmt.Println("结果：", sumFunc())
fmt.Println("结果：", productSFunc())
}
func lazyCalculate(arr []int) (func() int, func() int) {
fmt.Println("先获取函数，不求结果")
count := 0
var sum = func() int {
count++
fmt.Println("第", count, "次求加和...")
result := 0
for _, v := range arr {
result = result + v
}
return result
}
var product = func() int {
count++
fmt.Println("第", count, "次求乘积...")
result := 0
for _, v := range arr {
result = result * v
}
return result
}
return sum, product
}
先获取函数，不求结果
等待一会
第 1 次求加和...
结果： 15
第 2 次求乘积...
结果： 0
从上面结果可以看出，闭包是函数返回函数的时候，不管多少个返回值(函数)，都是一次闭包，如果返回的函数有使用外部函数变量，则会绑定到一起，相互影响：
闭包绑定了周围的状态，我理解此时的函数就拥有了状态，让函数具有了对象所有的能力，函数具有了状态。
1.3.2 闭包中的指针和值
上面的例子，我们闭包中用到的都是数值，如果我们传递指针，会是怎么样的呢？
import "fmt"
func main() {
i := 0
testFunc := test(&i)
testFunc()
fmt.Printf("outer i = %dn", i)
}
func test(i *int) func() {
*i = *i + 1
fmt.Printf("test inner i = %dn", *i)
return func() {
*i = *i + 1
fmt.Printf("func inner i = %dn", *i)
}
}
test inner i = 1
func inner i = 2
outer i = 2
可以看出如果是指针的话，闭包里面修改了指针对应的地址的值，也会影响闭包外面的值。这个其实很容易理解，Go 里面没有引用传递，只有值传递，那我们传递指针的时候，也是值传递，这里的值是指针的数值（可以理解为地址值）。
当我们函数的参数是指针的时候，参数会拷贝一份这个指针地址，当做参数进行传递，因为本质还是地址，所以内部修改的时候，仍然可以对外部产生影响。
func main() {
i := 0
testFunc := test(&i)
testFunc()
fmt.Printf("outer i address %vn", &i)
}
func test(i *int) func() {
*i = *i + 1
fmt.Printf("test inner i address %vn", i)
return func() {
*i = *i + 1
fmt.Printf("func inner i address %vn", i)
}
}
输出如下, 因此可以推断出，闭包如果引用外部环境的指针数据，只是会拷贝一份指针地址数据，而不是拷贝一份真正的数据(先留个问题：拷贝的时机是什么时候呢)：
test inner i address 0xc0003fab98
func inner i address 0xc0003fab98
outer i address 0xc0003fab98
1.3.2 闭包延迟化
上面的例子仿佛都在告诉我们，闭包创建的时候，数据就已经拷贝了，但是真的是这样么？
下面是继续前面的实验：
func main() {
i := 0
testFunc := test(&i)
i = i + 100
fmt.Printf("outer i before testFunc %dn", i)
testFunc()
fmt.Printf("outer i after testFunc %dn", i)
}
func test(i *int) func() {
*i = *i + 1
fmt.Printf("test inner i = %dn", *i)
return func() {
*i = *i + 1
fmt.Printf("func inner i = %dn", *i)
}
}
我们在创建闭包之后，把数据改了，之后执行闭包，答案肯定是真实影响闭包的执行，因为它们都是指针，都是指向同一份数据：
test inner i = 1
outer i before testFunc 101
func inner i = 102
outer i after testFunc 102
假设我们换个写法，让闭包外部环境中的变量在声明闭包函数的之后，进行修改：
import "fmt"
func main() {
sumFunc := lazySum([]int{1, 2, 3, 4, 5})
fmt.Println("等待一会")
fmt.Println("结果：", sumFunc())
}
func lazySum(arr []int) func() int {
fmt.Println("先获取函数，不求结果")
count := 0
var sum = func() int {
fmt.Println("第", count, "次求结果...")
result := 0
for _, v := range arr {
result = result + v
}
return result
}
count = count + 100
return sum
}
实际执行结果，count 会是修改后的值：
等待一会
第 100 次求结果...
结果： 15
这也证明了，实际上闭包并不会在声明var sum = func() int {...}这句话之后，就将外部环境的 count绑定到闭包中，而是在函数返回闭包函数的时候，才绑定的，这就是延迟绑定。
如果还没看明白没关系，我们再来一个例子：
func main() {
funcs := testFunc(100)
for _, v := range funcs {
v()
}
}
func testFunc(x int) []func() {
var funcs []func()
values := []int{1, 2, 3}
for _, val := range values {
funcs = append(funcs, func() {
fmt.Printf("testFunc val = %dn", x+val)
})
}
return funcs
}
上面的例子，我们闭包返回的是函数数组，本意我们想入每一个 val 都不一样，但是实际上 val都是一个值，也就是执行到return funcs 的时候（或者真正执行闭包函数的时候）才绑定的 val值（关于这一点，后面还有个Demo可以证明），此时 val的值是最后一个 3,最终输出结果都是 103:
testFunc val = 103
testFunc val = 103
testFunc val = 103
以上两个例子，都是闭包延迟绑定的问题导致，这也可以说是 feature，到这里可能不少同学还是对闭包绑定外部变量的时机有疑惑，到底是返回闭包函数的时候绑定的呢？还是真正执行闭包函数的时候才绑定的呢？
下面的例子可以有效的解答：
import (
"fmt"
"time"
)
func main() {
sumFunc := lazySum([]int{1, 2, 3, 4, 5})
fmt.Println("等待一会")
fmt.Println("结果：", sumFunc())
time.Sleep(time.Duration(3) * time.Second)
fmt.Println("结果：", sumFunc())
}
func lazySum(arr []int) func() int {
fmt.Println("先获取函数，不求结果")
count := 0
var sum = func() int {
count++
fmt.Println("第", count, "次求结果...")
result := 0
for _, v := range arr {
result = result + v
}
return result
}
go func() {
time.Sleep(time.Duration(1) * time.Second)
count = count + 100
fmt.Println("go func 修改后的变量 count：", count)
}()
return sum
}
输出结果如下：
先获取函数，不求结果
等待一会
第 1 次求结果...
结果： 15
go func 修改后的变量 count： 101
第 102 次求结果...
结果： 15
第二次执行闭包函数的时候，明显 count被里面的 go func()修改了，也就是调用的时候，才真正的获取最新的外部环境，但是在声明的时候，就会把环境预留保存下来。
其实本质上，Go Routine的匿名函数的延迟绑定就是闭包的延迟绑定，上面的例子中，go func(){}获取到的就是最新的值，而不是原始值0。
- 闭包每次返回都是一个新的实例，每个实例都有一份自己的环境。
- 同一个实例多次执行，会使用相同的环境。
- 闭包如果逃逸的是指针，会相互影响，因为绑定的是指针，相同指针的内容修改会相互影响。
- 闭包并不是在声明时绑定的值，声明后只是预留了外部环境（逃逸分析），真正执行闭包函数时，会获取最新的外部环境的值（也称为延迟绑定）。
- Go Routine的匿名函数的延迟绑定本质上就是闭包的延迟绑定。
2、闭包的好处与坏处？
2.1 好处
纯函数没有状态，而闭包则是让函数轻松拥有了状态。但是凡事都有两面性，一旦拥有状态，多次调用，可能会出现不一样的结果，就像是前面测试的 case 中一样。那么问题来了：
Q：如果不支持闭包的话，我们想要函数拥有状态，需要怎么做呢？
但是我们都知道全局变量有以下的一些特点（在不同的场景，优点会变成缺点）：
闭包可以一定程度优化这个问题：
- 不需要使用全局变量，外部函数局部变量在闭包的时候会创建一份，生命周期与函数生命周期一致，闭包函数不再被引用的时候，就可以回收了。
- 闭包暴露的局部变量，外界无法直接访问，只能通过函数操作，可以避免滥用。
除了以上的好处，像在 JavaScript 中，没有原生支持私有方法，可以靠闭包来模拟私有方法，因为闭包都有自己的词法环境。
2.2 坏处
函数拥有状态，如果处理不当，会导致闭包中的变量被误改，但这是编码者应该考虑的问题，是预期中的场景。
闭包中如果随意创建，引用被持有，则无法销毁，同时闭包内的局部变量也无法销毁，过度使用闭包会占有更多的内存，导致性能下降。一般而言，能共享一份闭包（共享闭包局部变量数据），不需要多次创建闭包函数，是比较优雅的方式。
3、闭包怎么实现的？
从上面的实验中，我们可以知道，闭包实际上就是外部环境的逃逸，跟随着闭包函数一起暴露出去。
import "fmt"
func testFunc(i int) func() int {
i = i * 2
testFunc := func() int {
i++
return i
}
i = i * 2
return testFunc
}
func main() {
test := testFunc(1)
fmt.Println(test())
}
执行结果如下：
5
go build --gcflags=-m main.go
可以看到 变量 i被移到堆中，也就是本来是局部变量，但是发生逃逸之后，从栈里面放到堆里面，同样的 test()函数由于是闭包函数，也逃逸到堆上。
go tool compile -N -l -S main.go
"".testFunc STEXT size=218 args=0x8 locals=0x38 funcid=0x0 align=0x0
0x0000 00000 (main.go:5) TEXT "".testFunc(SB), ABIInternal, $56-8
0x0000 00000 (main.go:5) CMPQ SP, 16(R14)
0x0004 00004 (main.go:5) PCDATA $0, $-2
0x0004 00004 (main.go:5) JLS 198
0x000a 00010 (main.go:5) PCDATA $0, $-1
0x000a 00010 (main.go:5) SUBQ $56, SP
0x000e 00014 (main.go:5) MOVQ BP, 48(SP)
0x0013 00019 (main.go:5) LEAQ 48(SP), BP
0x0018 00024 (main.go:5) FUNCDATA $0, gclocals·69c1753bd5f81501d95132d08af04464(SB)
0x0018 00024 (main.go:5) FUNCDATA $1, gclocals·d571c0f6cf0af59df28f76498f639cf2(SB)
0x0018 00024 (main.go:5) FUNCDATA $5, "".testFunc.arginfo1(SB)
0x0018 00024 (main.go:5) MOVQ AX, "".i+64(SP)
0x001d 00029 (main.go:5) MOVQ $0, "".~r0+16(SP)
0x0026 00038 (main.go:5) LEAQ type.int(SB), AX
0x002d 00045 (main.go:5) PCDATA $1, $0
0x002d 00045 (main.go:5) CALL runtime.newobject(SB)
0x0032 00050 (main.go:5) MOVQ AX, "".&i+40(SP)
0x0037 00055 (main.go:5) MOVQ "".i+64(SP), CX
0x003c 00060 (main.go:5) MOVQ CX, (AX)
0x003f 00063 (main.go:6) MOVQ "".&i+40(SP), CX
0x0044 00068 (main.go:6) MOVQ "".&i+40(SP), DX
0x0049 00073 (main.go:6) MOVQ (DX), DX
0x004c 00076 (main.go:6) SHLQ $1, DX
0x004f 00079 (main.go:6) MOVQ DX, (CX)
0x0052 00082 (main.go:7) LEAQ type.noalg.struct { F uintptr; "".i *int }(SB), AX
0x0059 00089 (main.go:7) PCDATA $1, $1
0x0059 00089 (main.go:7) CALL runtime.newobject(SB)
0x005e 00094 (main.go:7) MOVQ AX, ""..autotmp_3+32(SP)
0x0063 00099 (main.go:7) LEAQ "".testFunc.func1(SB), CX
0x006a 00106 (main.go:7) MOVQ CX, (AX)
0x006d 00109 (main.go:7) MOVQ ""..autotmp_3+32(SP), CX
0x0072 00114 (main.go:7) TESTB AL, (CX)
0x0074 00116 (main.go:7) MOVQ "".&i+40(SP), DX
0x0079 00121 (main.go:7) LEAQ 8(CX), DI
0x007d 00125 (main.go:7) PCDATA $0, $-2
0x007d 00125 (main.go:7) CMPL runtime.writeBarrier(SB), $0
0x0084 00132 (main.go:7) JEQ 136
0x0086 00134 (main.go:7) JMP 142
0x0088 00136 (main.go:7) MOVQ DX, 8(CX)
0x008c 00140 (main.go:7) JMP 149
0x008e 00142 (main.go:7) CALL runtime.gcWriteBarrierDX(SB)
0x0093 00147 (main.go:7) JMP 149
0x0095 00149 (main.go:7) PCDATA $0, $-1
0x0095 00149 (main.go:7) MOVQ ""..autotmp_3+32(SP), CX
0x009a 00154 (main.go:7) MOVQ CX, "".testFunc+24(SP)
0x009f 00159 (main.go:11) MOVQ "".&i+40(SP), CX
0x00a4 00164 (main.go:11) MOVQ "".&i+40(SP), DX
0x00a9 00169 (main.go:11) MOVQ (DX), DX
0x00ac 00172 (main.go:11) SHLQ $1, DX
0x00af 00175 (main.go:11) MOVQ DX, (CX)
0x00b2 00178 (main.go:12) MOVQ "".testFunc+24(SP), AX
0x00b7 00183 (main.go:12) MOVQ AX, "".~r0+16(SP)
0x00bc 00188 (main.go:12) MOVQ 48(SP), BP
0x00c1 00193 (main.go:12) ADDQ $56, SP
0x00c5 00197 (main.go:12) RET
0x00c6 00198 (main.go:12) NOP
0x00c6 00198 (main.go:5) PCDATA $1, $-1
0x00c6 00198 (main.go:5) PCDATA $0, $-2
0x00c6 00198 (main.go:5) MOVQ AX, 8(SP)
0x00cb 00203 (main.go:5) CALL runtime.morestack_noctxt(SB)
0x00d0 00208 (main.go:5) MOVQ 8(SP), AX
0x00d5 00213 (main.go:5) PCDATA $0, $-1
0x00d5 00213 (main.go:5) JMP 0
使用的就是堆上面的 i：
也就是返回函数的时候，实际上返回结构体，结构体里面记录了函数的引用环境。
4、浅聊一下
4.1 Java 支不支持闭包？
网上有很多种看法，实际上 Java 虽然暂时不支持返回函数作为返参，但是Java 本质上还是实现了闭包的概念的，所使用的的方式是内部类的形式，因为是内部类，所以相当于自带了一个引用环境，算是一种不完整的闭包。
目前有一定限制，比如是 final 声明的，或者是明确定义的值，才可以进行传递：
Stack Overflow上有相关答案：https://stackoverflow.com/questions/5443510/closure-in-java-7
4.2 函数式编程的前景怎么样？
函数式编程长期以来在学术界流行，但几乎没有工业应用。造成这种局面的主因是函数式编程常被认为严重耗费CPU和存储器资源[18] ，这是由于在早期实现函数式编程语言时并没有考虑过效率问题，而且面向函数式编程特性，如保证参照透明性等，要求独特的数据结构和算法。[19]
然而，最近几种函数式编程语言已经在商业或工业系统中使用[20]，例如：
- Erlang，它由瑞典公司爱立信在20世纪80年代后期开发，最初用于实现容错电信系统。此后，它已在Nortel、Facebook、Électricité de France和WhatsApp等公司作为流行语言创建一系列应用程序。[21][22]
- Scheme，它被用作早期Apple Macintosh计算机上的几个应用程序的基础，并且最近已应用于诸如训练模拟软件和望远镜控制等方向。
- OCaml，它于20世纪90年代中期推出，已经在金融分析，驱动程序验证，工业机器人编程和嵌入式软件静态分析等领域得到了商业应用。
- Haskell，它虽然最初是作为一种研究语言，也已被一系列公司应用于航空航天系统，硬件设计和网络编程等领域。
其他在工业中使用的函数式编程语言包括多范型的Scala[23]、F#，还有Wolfram语言、Common Lisp、Standard ML和Clojure等。
从我个人的看法，不看好纯函数编程，但是函数式编程的思想，我相信以后几乎每门高级编程需要都会具备，特别期待 Java 拥抱函数式编程。从我自己了解的语言看，像 Go，JavaScript 中的函数式编程的特性，都让开发者深爱不已（当然，如果写出了bug，就是深恶痛疾）。
最近突然火了一波的原因，也是因为世界不停的发展，内存也越来越大，这个因素的限制几乎要解放了。
我相信，世界就是绚丽多彩的，要是一种事物统治世界，绝无可能，更多的是百家争鸣，编程语言或者编程范式也一样，后续可能有集大成者，最终最终历史会筛选出最终符合人类社会发展的。
原文地址:https://blog.csdn.net/Aphysia/article/details/127956948
本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。
如若转载，请注明出处：http://www.7code.cn/show_24022.html
如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系代码007邮箱：suwngjj01@126.com进行投诉反馈，一经查实，立即删除！
