Java Lambda表達式初探

Java Lambda表達式初探

前言

本文受啓發於Trisha Gee在JavaOne 2016的主題演講Refactoring to Java 8。

Java 8已經發行兩年多，但不少人仍然在使用JDK7。對企業來講，技術上謹慎未必是壞事，但對我的學習而言，不去學習新技術就極可能被技術拋棄。Java 8一個重要的變動是引入Lambda表達式(lambda expression)，這聽起來彷佛很牛，有種我雖然不知道Lambda表達式是什麼，但我仍然以爲很厲害的感受。不要怕，具體到語言層面上Lambda表達式不過是一種新的語法而已，有了它，Java將開啓函數式編程的大門。

爲何須要Lambda表達式

不要糾結什麼是Lambda表達式、什麼是函數式編程。先來看一下Java 8新的語法特性帶來的便利之處，相信你會過目不忘的。

在有Lambda表達式以前，要新建一個線程，須要這樣寫：

new Thread(new Runnable(){
    @Override
    public void run(){
        System.out.println("Thread run()");
    }
}).start();

有Lambda表達式以後，則能夠這樣寫：

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

正如你所見，以前無用的模板代碼不見了！如上所示，Lambda表達式一個常見的用法是取代（某些）匿名內部類，但Lambda表達式的做用不限於此。

Lambda表達式的原理

剛接觸Lambda表達式可能以爲它很神奇：不須要聲明類或者方法的名字，就能夠直接定義函數。這看似是編譯器爲匿名內部類簡寫提供的一個小把戲，但事實上並不是如此，Lambda表達式其實是經過invokedynamic指令來實現的。先別管這麼多，下面是Lambda表達式幾種可能的書寫形式，「看起來」並非很難理解。

Runnable run = () -> System.out.println("Hello World");// 1
ActionListener listener = event -> System.out.println("button clicked");// 2
Runnable multiLine = () -> {// 3
    System.out.println("Hello ");
    System.out.println("World");
};
BinaryOperator<Long> add = (Long x, Long y) -> x + y;// 4
BinaryOperator<Long> addImplicit = (x, y) -> x + y;// 5

經過上例能夠發現：

• Lambda表達式是有類型的，賦值操做的左邊就是類型。Lambda表達式的類型其實是對應接口的類型。
• Lambda表達式能夠包含多行代碼，須要用大括號把代碼塊括起來，就像寫函數體那樣。
• 大多數時候，Lambda表達式的參數表能夠省略類型，就像代碼2和5那樣。這得益於javac的類型推導機制，編譯器能夠根據上下文推導出類型信息。

表面上看起來每一個Lambda表達式都是原來匿名內部類的簡寫形式，該內部類實現了某個函數接口(Functional Interface)，但事實比這稍微複雜一些，這裏再也不展開。所謂函數接口是指內部只有一個接口函數的接口。Java是強類型語言，不管有沒有顯式指明，每一個變量和對象都必須有明確的類型，沒有顯式指定的時候編譯器會嘗試肯定類型。Lambda表達式的類型就是對應函數接口的類型。

Lambda表達式和Stream

Lambda表達式的另外一個重要用法，是和Stream一塊兒使用。Stream is a sequence of elements supporting sequential and parallel aggregate operations。Stream就是一組元素的序列，支持對這些元素進行各類操做，而這些操做是經過Lambda表達式指定的。能夠把Stream看做Java Collection的一種視圖，就像迭代器是容器的一種視圖那樣（但Stream不會修改容器中的內容）。下面例子展現了Stream的常見用法。

例子1

假設須要從一個字符串列表中選出以數字開頭的字符串並輸出，Java 7以前須要這樣寫：

List<String> list = Arrays.asList("1one", "two", "three", "4four");
for(String str : list){
    if(Character.isDigit(str.charAt(0))){
        System.out.println(str);
    }
}

而Java 8就能夠這樣寫：

List<String> list = Arrays.asList("1one", "two", "three", "4four");
list.stream()// 1.獲得容器的Steam
    .filter(str -> Character.isDigit(str.charAt(0)))// 2.選出以數字開頭的字符串
    .forEach(str -> System.out.println(str));// 3.輸出字符串

上述代碼首先1. 調用List.stream()方法獲得容器的Stream，2. 而後調用filter()方法過濾出以數字開頭的字符串，3. 最後調用forEach()方法輸出結果。

使用Stream有兩個明顯的好處：

1. 減小了模板代碼，只用Lambda表達式指明所需操做，代碼語義更加明確、便於閱讀。
2. 將外部迭代改爲了Stream的內部迭代，方便了JVM自己對迭代過程作優化（好比能夠並行迭代）。

例子2

假設須要從一個字符串列表中，選出全部不以數字開頭的字符串，將其轉換成大寫形式，並把結果放到新的集合當中。Java 8書寫的代碼以下：

List<String> list = Arrays.asList("1one", "two", "three", "4four");
Set<String> newList =
        list.stream()// 1.獲得容器的Stream
        .filter(str -> !Character.isDigit(str.charAt(0)))// 2.選出不以數字開頭的字符串
        .map(String::toUpperCase)// 3.轉換成大寫形式
        .collect(Collectors.toSet());// 4.生成結果集

上述代碼首先1. 調用List.stream()方法獲得容器的Stream，2. 而後調用filter()方法選出不以數字開頭的字符串，3. 以後調用map()方法將字符串轉換成大寫形式，4. 最後調用collect()方法將結果轉換成Set。這個例子還向咱們展現了方法引用（method references，代碼中標號3處）以及收集器（Collector，代碼中標號4處）的用法，這裏再也不展開說明。

經過這個例子咱們看到了Stream鏈式操做，即多個操做能夠連成一串。不用擔憂這會致使對容器的屢次迭代，由於不是每一個Stream的操做都會當即執行。Stream的操做分紅兩類，一類是中間操做(intermediate operations)，另外一類是結束操做(terminal operation)，只有結束操做纔會致使真正的代碼執行，中間操做只會作一些標記，表示須要對Stream進行某種操做。這意味着能夠在Stream上經過關聯多種操做，但最終只須要一次迭代。若是你熟悉Spark RDD，對此應該並不陌生。

結語

Java 8引入Lambda表達式，今後打開了函數式編程的大門。若是你以前不瞭解函數式編程，沒必要糾結於這個概念。編程過程當中簡潔明瞭的書寫形式以及強大的Stream API會讓你很快熟悉Lambda表達式的。

本文只對Java Lambda表達式的基本介紹，但願可以激發讀者對Java函數式編程的興趣。若是本文可以讓你以爲Lambda表達式很好玩，函數式編程頗有趣，併產生了進一步學習的慾望，那就再好不過了。文末參考文獻中列出了一些有用的資源。

致謝

很是感謝阿里巴巴「西行遊學計劃」給予咱們的支持，感謝阿里中間件團隊資助咱們遠美國赴舊金山參加Java語言的頂級技術會議——2016 JaveOne大會。藉此咱們有機會跟國際頂尖大牛面對面的交流，並第一時間瞭解到Java語言的最新動態。一樣感謝伴我一塊兒遊學的兩位隊友，有ta們在異國他鄉的陪伴和關照，個人西行之旅才更加豐富多彩。此次遊學給咱們帶來的驚喜，將深深留存在咱們的記憶當中。

但願更多的同窗可以關注並參與到阿里巴巴天池大賽當中，也但願阿里可以繼續堅持對青年學生的支持和培養！

參考文獻

http://www.oracle.com/webfolder/technetwork/tutorials/obe/java/Lambda-QuickStart/index.html
https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/util/stream/Stream.html
https://docs.oracle.com/javase/tutorial/java/javaOO/lambdaexpressions.html
http://cr.openjdk.java.net/~briangoetz/lambda/lambda-state-final.html
http://cr.openjdk.java.net/~briangoetz/lambda/lambda-translation.html
http://www.slideshare.net/trishagee/refactoring-to-java-8-devoxx-uk
《Java 8函數式編程 [英]沃伯頓》 https://www.oracle.com/javaone/speakers.html#gee