深刻淺出 Java 8 Lambda 表達式

時間 2019-12-06

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摘要：此篇文章主要介紹 Java8 Lambda 表達式產生的背景和用法，以及 Lambda 表達式與匿名類的不一樣等。本文系 OneAPM 工程師編譯整理。javascript

Java 是一流的面嚮對象語言，除了部分簡單數據類型，Java 中的一切都是對象，即便數組也是一種對象，每一個類建立的實例也是對象。在 Java 中定義的函數或方法不可能徹底獨立，也不能將方法做爲參數或返回一個方法給實例。html

從 Swing 開始，咱們老是經過匿名類給方法傳遞函數功能，如下是舊版的事件監聽代碼：java

someObject.addMouseListener(new MouseAdapter() {
        public void mouseClicked(MouseEvent e) {
             
            //Event listener implementation goes here...
       
        }
    });

在上面的例子裏，爲了給 Mouse 監聽器添加自定義代碼，咱們定義了一個匿名內部類 MouseAdapter 並建立了它的對象，經過這種方式，咱們將一些函數功能傳給 addMouseListener 方法。程序員

簡而言之，在 Java 裏將普通的方法或函數像參數同樣傳值並不簡單，爲此，Java 8 增長了一個語言級的新特性，名爲 Lambda 表達式。express

爲何 Java 須要 Lambda 表達式？

若是忽視註解(Annotations)、泛型(Generics)等特性，自 Java 語言誕生時起，它的變化並不大。Java 一直都致力維護其對象至上的特徵，在使用過 JavaScript 之類的函數式語言以後，Java 如何強調其面向對象的本質，以及源碼層的數據類型如何嚴格變得更加清晰可感。其實，函數對 Java 而言並不重要，在 Java 的世界裏，函數沒法獨立存在。編程

在函數式編程語言中，函數是一等公民，它們能夠獨立存在，你能夠將其賦值給一個變量，或將他們當作參數傳給其餘函數。JavaScript 是最典型的函數式編程語言。點擊此處以及此處能夠清楚瞭解 JavaScript 這種函數式語言的好處。函數式語言提供了一種強大的功能——閉包，相比於傳統的編程方法有不少優點，閉包是一個可調用的對象，它記錄了一些信息，這些信息來自於建立它的做用域。Java 如今提供的最接近閉包的概念即是 Lambda 表達式，雖然閉包與 Lambda 表達式之間存在顯著差異，但至少 Lambda 表達式是閉包很好的替代者。api

在 Steve Yegge 辛辣又幽默的博客文章裏，描繪了 Java 世界是如何嚴格地以名詞爲中心的，若是你還沒看過，趕忙去讀吧，寫得很是風趣幽默，並且恰如其分地解釋了爲何 Java 要引進 Lambda 表達式。數組

Lambda 表達式爲 Java 添加了缺失的函數式編程特色，使咱們能將函數當作一等公民看待。儘管不徹底正確，咱們很快就會見識到 Lambda 與閉包的不一樣之處，可是又無限地接近閉包。在支持一類函數的語言中，Lambda 表達式的類型將是函數。可是，在 Java 中，Lambda 表達式是對象，他們必須依附於一類特別的對象類型——函數式接口(functional interface)。咱們會在後文詳細介紹函數式接口。服務器

Mario Fusco 的這篇思路清晰的文章介紹了爲何 Java 須要 Lambda 表達式。他解釋了爲何現代編程語言必須包含閉包這類特性。閉包

Lambda 表達式簡介

Lambda 表達式是一種匿名函數(對 Java 而言這並不徹底正確，但如今姑且這麼認爲)，簡單地說，它是沒有聲明的方法，也即沒有訪問修飾符、返回值聲明和名字。

你能夠將其想作一種速記，在你須要使用某個方法的地方寫上它。當某個方法只使用一次，並且定義很簡短，使用這種速記替代之尤爲有效，這樣，你就沒必要在類中費力寫聲明與方法了。

Java 中的 Lambda 表達式一般使用 (argument) -> (body) 語法書寫，例如：

(arg1, arg2...) -> { body }
 
(type1 arg1, type2 arg2...) -> { body }

如下是一些 Lambda 表達式的例子：

(int a, int b) -> {  return a + b; }
 
() -> System.out.println("Hello World");
 
(String s) -> { System.out.println(s); }
 
() -> 42
 
() -> { return 3.1415 };

Lambda 表達式的結構

讓咱們瞭解一下 Lambda 表達式的結構。

一個 Lambda 表達式能夠有零個或多個參數
參數的類型既能夠明確聲明，也能夠根據上下文來推斷。例如：(int a)與(a)效果相同
全部參數需包含在圓括號內，參數之間用逗號相隔。例如：(a, b) 或 (int a, int b) 或 (String a, int b, float c)
空圓括號表明參數集爲空。例如：() -> 42
當只有一個參數，且其類型可推導時，圓括號（）可省略。例如：a -> return a*a
Lambda 表達式的主體可包含零條或多條語句
若是 Lambda 表達式的主體只有一條語句，花括號{}可省略。匿名函數的返回類型與該主體表達式一致
若是 Lambda 表達式的主體包含一條以上語句，則表達式必須包含在花括號{}中（造成代碼塊）。匿名函數的返回類型與代碼塊的返回類型一致，若沒有返回則爲空

什麼是函數式接口

在 Java 中，Marker（標記）類型的接口是一種沒有方法或屬性聲明的接口，簡單地說，marker 接口是空接口。類似地，函數式接口是隻包含一個抽象方法聲明的接口。

java.lang.Runnable 就是一種函數式接口，在 Runnable 接口中只聲明瞭一個方法 void run()，類似地，ActionListener 接口也是一種函數式接口，咱們使用匿名內部類來實例化函數式接口的對象，有了 Lambda 表達式，這一方式能夠獲得簡化。

每一個 Lambda 表達式都能隱式地賦值給函數式接口，例如，咱們能夠經過 Lambda 表達式建立 Runnable 接口的引用。

Runnable r = () -> System.out.println("hello world");

當不指明函數式接口時，編譯器會自動解釋這種轉化：

new Thread(
   () -> System.out.println("hello world")
).start();

所以，在上面的代碼中，編譯器會自動推斷：根據線程類的構造函數簽名 public Thread(Runnable r) { }，將該 Lambda 表達式賦給 Runnable 接口。

如下是一些 Lambda 表達式及其函數式接口：

Consumer<Integer>  c = (int x) -> { System.out.println(x) };
 
BiConsumer<Integer, String> b = (Integer x, String y) -> System.out.println(x + " : " + y);
 
Predicate<String> p = (String s) -> { s == null };

@FunctionalInterface 是 Java 8 新加入的一種接口，用於指明該接口類型聲明是根據 Java 語言規範定義的函數式接口。Java 8 還聲明瞭一些 Lambda 表達式可使用的函數式接口，當你註釋的接口不是有效的函數式接口時，可使用 @FunctionalInterface 解決編譯層面的錯誤。

如下是一種自定義的函數式接口：

@FunctionalInterface
public interface WorkerInterface {
 
   public void doSomeWork();
 
}

根據定義，函數式接口只能有一個抽象方法，若是你嘗試添加第二個抽象方法，將拋出編譯時錯誤。例如：

@FunctionalInterface
public interface WorkerInterface {
 
    public void doSomeWork();
 
    public void doSomeMoreWork();
 
}

錯誤：

Unexpected @FunctionalInterface annotation 
    @FunctionalInterface ^ WorkerInterface is not a functional interface multiple 
    non-overriding abstract methods found in interface WorkerInterface 1 error

函數式接口定義好後，咱們能夠在 API 中使用它，同時利用 Lambda 表達式。例如：

//定義一個函數式接口
@FunctionalInterface
public interface WorkerInterface {

   public void doSomeWork();

}

public class WorkerInterfaceTest {

public static void execute(WorkerInterface worker) {
    worker.doSomeWork();
}

public static void main(String [] args) {

    //invoke doSomeWork using Annonymous class
    execute(new WorkerInterface() {
        @Override
        public void doSomeWork() {
            System.out.println("Worker invoked using Anonymous class");
        }
    });
 
    //invoke doSomeWork using Lambda expression 
    execute( () -> System.out.println("Worker invoked using Lambda expression") );
}

}

輸出：

Worker invoked using Anonymous class 
Worker invoked using Lambda expression

這上面的例子裏，咱們建立了自定義的函數式接口並與 Lambda 表達式一塊兒使用。execute() 方法如今能夠將 Lambda 表達式做爲參數。

Lambda 表達式舉例

學習 Lambda 表達式的最好方式是學習例子。

線程能夠經過如下方法初始化：

//舊方法:
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
    System.out.println("Hello from thread");
}
}).start();

//新方法:
new Thread(
() -> System.out.println("Hello from thread")
).start();

事件處理可使用 Java 8 的 Lambda 表達式解決。下面的代碼中，咱們將使用新舊兩種方式向一個 UI 組件添加 ActionListener：

//Old way:
button.addActionListener(new ActionListener() {
@Override
public void actionPerformed(ActionEvent e) {
    System.out.println("The button was clicked using old fashion code!");
}
});

//New way:
button.addActionListener( (e) -> {
    System.out.println("The button was clicked. From Lambda expressions !");
});

如下代碼的做用是打印出給定數組中的全部元素。注意，使用 Lambda 表達式的方法不止一種。在下面的例子中，咱們先是用經常使用的箭頭語法建立 Lambda 表達式，以後，使用 Java 8 全新的雙冒號(::)操做符將一個常規方法轉化爲 Lambda 表達式：

//Old way:
List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7);
for(Integer n: list) {
   System.out.println(n);
}
 
//New way:
List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7);
list.forEach(n -> System.out.println(n));
 
 
//or we can use :: double colon operator in Java 8
list.forEach(System.out::println);

在下面的例子中，咱們使用斷言(Predicate)函數式接口建立一個測試，並打印全部經過測試的元素，這樣，你就可使用 Lambda 表達式規定一些邏輯，並以此爲基礎有所做爲：

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.function.Predicate;

public class Main {

public static void main(String [] a)  {

    List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7);

    System.out.println("Print all numbers:");
    evaluate(list, (n)->true);

    System.out.println("Print no numbers:");
    evaluate(list, (n)->false);

    System.out.println("Print even numbers:");
    evaluate(list, (n)-> n%2 == 0 );

    System.out.println("Print odd numbers:");
    evaluate(list, (n)-> n%2 == 1 );

    System.out.println("Print numbers greater than 5:");
    evaluate(list, (n)-> n > 5 );

}

public static void evaluate(List<Integer> list, Predicate<Integer> predicate) {
    for(Integer n: list)  {
        if(predicate.test(n)) {
            System.out.println(n + " ");
        }
    }
}

}

輸出：

Print all numbers: 1 2 3 4 5 6 7 
Print no numbers: 
Print even numbers: 2 4 6 
Print odd numbers: 1 3 5 7 
Print numbers greater than 5: 6 7

下面的例子使用 Lambda 表達式打印數值中每一個元素的平方，注意咱們使用了 .stream() 方法將常規數組轉化爲流。Java 8 增長了一些超棒的流 APIs。java.util.stream.Stream 接口包含許多有用的方法，能結合 Lambda 表達式產生神奇的效果。咱們將 Lambda 表達式 x -> x*x 傳給 map() 方法，該方法會做用於流中的全部元素。以後，咱們使用 forEach 方法打印數據中的全部元素：

//Old way:
List<Integer> list = Arrays.asList(1,2,3,4,5,6,7);
for(Integer n : list) {
    int x = n * n;
    System.out.println(x);
}
 
//New way:
List<Integer> list = Arrays.asList(1,2,3,4,5,6,7);
list.stream().map((x) -> x*x).forEach(System.out::println);

下面的例子會計算給定數值中每一個元素平方後的總和。請注意，Lambda 表達式只用一條語句就能達到此功能，這也是 MapReduce 的一個初級例子。咱們使用 map() 給每一個元素求平方，再使用 reduce() 將全部元素計入一個數值：

//Old way:
List<Integer> list = Arrays.asList(1,2,3,4,5,6,7);
int sum = 0;
for(Integer n : list) {
    int x = n * n;
    sum = sum + x;
}
System.out.println(sum);
 
//New way:
List<Integer> list = Arrays.asList(1,2,3,4,5,6,7);
int sum = list.stream().map(x -> x*x).reduce((x,y) -> x + y).get();
System.out.println(sum);

Lambda 表達式與匿名類的區別

使用匿名類與 Lambda 表達式的一大區別在於關鍵詞的使用。對於匿名類，關鍵詞 this 解讀爲匿名類，而對於 Lambda 表達式，關鍵詞 this 解讀爲寫就 Lambda 的外部類。

Lambda 表達式與匿名類的另外一不一樣在於二者的編譯方法。Java 編譯器編譯 Lambda 表達式並將他們轉化爲類裏面的私有函數，它使用 Java 7 中新加的 invokedynamic 指令動態綁定該方法，關於 Java 如何將 Lambda 表達式編譯爲字節碼，Tal Weiss 寫了一篇很好的文章。

到此爲止啦，親們！

Mark Reinhold，甲骨文的首席架構師，將 Lambda 表達式描述爲該編程模型最大的提高——比泛型(generics)還強大。事實的確如此，Lambda 表達式賦予了 Java 程序員相較於其餘函數式編程語言缺失的特性，結合虛擬擴展方法之類的特性，Lambda 表達式能寫出一些極好的代碼。

但願這篇文章能讓您對 Java 8 的新特性全部瞭解。

原文地址：http://viralpatel.net/blogs/Lambda-expressions-java-tutorial/

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