Java8 Lambda表达式.md什么是λ表达式λ表达式的类型λ表达式的使用其它相关概念
Java8 Lambda表达式.md什么是λ表达式λ表达式的类型λ表达式的使用其它相关概念
为了支持函数式编程，Java 8引入了Lambda表达式. 在Java 8中采用的是内部类来实现Lambda表达式.具体实现代码,可以通过debug看, 同时通过字节码查看工具及反编译工具来验证.
自从lambda表达式成为Java语言的一部分之后，Java集合（Collections）API就面临着大幅变化。而JSR 355（规定了Java lambda表达式的标准）的正式启用更是使得Java集合API变的过时不堪。
尽管我们可以从头实现一个新的集合框架（比如“Collection II”），但取代现有的集合框架是一项非常艰难的工作，因为集合接口渗透了Java生态系统的每个角落，将它们一一换成新类库需要相当长的时间。因此，我们决定采取演化的策略（而非推倒重来）以改进集合API： 为现有的接口（例如Collection，List和Stream）增加扩展方法； 在类库中增加新的流（stream，即java.util.stream.Stream）抽象以便进行聚集（aggregation）操作； 改造现有的类型使之可以提供流视图（stream view）； 改造现有的类型使之可以容易的使用新的编程模式，这样用户就不必抛弃使用以久的类库，例如ArrayList和HashMap （当然这并不是说集合API会常驻永存，毕竟集合API在设计之初并没有考虑到lambda表达式。我们可能会在未来的JDK中添加一个更现代的集合类库）。
除了上面的改进，还有一项重要工作就是提供更加易用的并行（Parallelism）库。尽管Java平台已经对并行和并发提供了强有力的支持，然而开发者在实际工作（将串行代码并行化）中仍然会碰到很多问题。因此，我们希望Java类库能够既便于编写串行代码也便于编写并行代码，因此我们把编程的重点从具体执行细节（how computation should be formed）转移到抽象执行步骤（what computation should be perfomed）。
除此之外，我们还需要在将并行变的容易（easier）和将并行变的不可见（invisible）之间做出抉择，我们选择了一个折中的路线：提供显式（explicit）但非侵入（unobstrusive）的并行。（如果把并行变的透明，那么很可能会引入不确定性（nondeterminism）以及各种数据竞争（data race）问题）
什么是λ表达式
用() -> {}代码块替代了整个[匿名类]
Lambda 表达式是一个匿名函数，源于数学λ演算。是闭包函数，但闭包并不一定是Lambda 函数。它可以赋值给变量，作为函数参数，作为函数返回值。
Java 8 lambda表达式的语法
(params) -> expression
(params) -> statement
(params) -> { statements }用法
Arrays.asList(
"a",
"b",
"d" ).sort( ( e1, e2 ) -> e1.compareTo( e2 ) );
// Java 8之前：
new Thread( new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(
"Before Java8, too much code for too little to do"
);}}).start();
//Java 8方式：
new Thread( () -> System.out.println(
"In Java8, Lambda expression rocks !!"
) ).start();
// Java 8之前：
JButton show = new JButton("Show");
show.addActionListener(new ActionListener() {
@Override
public void actionPerformed(ActionEvent e) {
System.out.println("Event handling without lambda expression is boring");
}});
// Java 8方式：
show.addActionListener((e) -> {
System.out.println("Light, Camera, Action !! Lambda expressions Rocks");
});代码示例:
/**
* LambdaDemo.java
*/
package study.java8.lambda;
import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;
import java.util.List;
import java.util.function.Predicate;
/**
* @author jack 2016年8月18日 下午2:16:53
*/
public class LambdaDemo {
/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
List<Integer> nums = Arrays.asList(1,
23,
4,
56,
7,
8,
10);
// 用stream api
nums.stream()
.sorted()
.forEach(System.out::println);
// lambda表达式本质上也是Collections.sort方法
nums.sort((e1, e2) -> e1.compareTo(e2));
nums.forEach(System.out::println);
// 内部类,Collections.sort方法
nums.sort(new Comparator<Integer>() {
@Override
public int compare(Integer o1, Integer o2) {
return o1.compareTo(o2);
}
});
List<String> languages = Arrays.asList("Java",
"Scala",
"C++",
"Haskell",
"Lisp");
System.out.println("Languages which starts with J :");
filter(languages,
(str) -> str.startsWith("J"));
System.out.println("Languages which ends with a ");
filter(languages,
(str) -> str.endsWith("a"));
System.out.println("Print all languages :");
filter(languages,
(str) -> true);
System.out.println("Print no language : ");
filter(languages,
(str) -> false);
System.out.println("Print language whose length greater than 4:");
filter(languages,
(str) -> str.length() > 4);
}
public static void filter(List<String> names, Predicate<String> condition) {
for (String name : names) {
if (condition.test(name)) {
System.out.println(name + " ");
}
}
}
}通常都会把lambda表达式内部变量的名字起得短一些。这样能使代码更简短，放在同一行。
Java代码中，对于非常简单的逻辑（比如比较list中element大小），可以使用lambda表达式实现，但是复杂的逻辑千万不要用lamdda表达式，理由只要一个就够了—代码难以维护。理由是:
- 代码阅读起来不直观
- 调用栈分析不清楚
- 后人重构、修改一段匿名函数时很痛苦
函数式接口 Comparator
java.util. Comparatorλ表达式本质上是一个匿名方法。让我们来看下面这个例子：
public int add(int x, int y) {return x + y;}转成λ表达式后是这个样子：
(int x, int y) -> x + y;参数类型也可以省略，Java编译器会根据上下文推断出来：
(x, y) -> x + y; //返回两数之和或者
(x, y) -> { return x + y; } //显式指明返回值可见λ表达式有三部分组成：参数列表，箭头（->），以及一个表达式或语句块。
下面这个例子里的λ表达式没有参数，也没有返回值（相当于一个方法接受0个参数，返回void，其实就是Runnable里run方法的一个实现）：
() -> { System.out.println("Hello Lambda!"); }如果只有一个参数且可以被Java推断出类型，那么参数列表的括号也可以省略：
c -> { return c.size(); }λ表达式的类型
λ表达式可以被当做是一个Object（注意措辞）。λ表达式的类型，叫做“目标类型（target type）”。λ表达式的目标类型是“函数接口（functional interface）”，这是Java8新引入的概念。它的定义是：
一个接口，如果只有一个显式声明的抽象方法，那么它就是一个函数接口。
一般用@FunctionalInterface标注出来（也可以不标）。举例如下：
@FunctionalInterface
public interface Runnable { void run(); }
public interface Callable<V> { V call() throws Exception; }
public interface ActionListener { void actionPerformed(ActionEvent e); }
public interface Comparator<T> { int compare(T o1, T o2);
boolean equals(Object obj); }注意最后这个Comparator接口。它里面声明了两个方法，貌似不符合函数接口的定义，但它的确是函数接口。这是因为equals方法是Object的，所有的接口都会声明Object的public方法——虽然大多是隐式的。所以，Comparator显式的声明了equals不影响它依然是个函数接口。 你可以用一个λ表达式为一个函数接口赋值：
Runnable r1 = () -> {System.out.println("Hello Lambda!");}; 然后再赋值给一个Object：
Object obj = r1; 但却不能这样干：
Object obj = () -> {System.out.println("Hello Lambda!");}; // ERROR! Object is not a functional interface!必须显式的转型成一个函数接口才可以：
Object o = (Runnable) () -> { System.out.println("hi"); }; // correct 一个λ表达式只有在转型成一个函数接口后才能被当做Object使用。所以下面这句也不能编译：
System.out.println( () -> {} ); //错误! 目标类型不明 必须先转型:
System.out.println( (Runnable)() -> {} ); // 正确假设你自己写了一个函数接口，长的跟Runnable一模一样：
@FunctionalInterface
public interface MyRunnable {public void run(); }那么
Runnable r1 = () -> {System.out.println("Hello Lambda!");};
MyRunnable2 r2 = () -> {System.out.println("Hello Lambda!");};都是正确的写法。这说明一个λ表达式可以有多个目标类型（函数接口），只要函数匹配成功即可。但需注意一个λ表达式必须至少有一个目标类型。 JDK预定义了很多函数接口以避免用户重复定义。最典型的是Function：
@FunctionalInterface
public interface Function<T, R> { R apply(T t); }这个接口代表一个函数，接受一个T类型的参数，并返回一个R类型的返回值。 另一个预定义函数接口叫做Consumer，跟Function的唯一不同是它没有返回值。
@FunctionalInterface public interface Consumer<T> { void accept(T t); }还有一个Predicate，用来判断某项条件是否满足。经常用来进行筛滤操作：
@FunctionalInterface public interface Predicate<T> {
boolean test(T t);
} 综上所述，一个λ表达式其实就是定义了一个匿名方法，只不过这个方法必须符合至少一个函数接口。
λ表达式的使用
λ表达式用在何处
λ表达式主要用于替换以前广泛使用的内部匿名类，各种回调，比如事件响应器、传入Thread类的Runnable等。看下面的例子：
Thread oldSchool = new Thread( new Runnable () {
@Override
public void run() {
System.out.println("This is from an anonymous class.");
}} );
Thread gaoDuanDaQiShangDangCi = new Thread( () -> {
System.out.println("This is from an anonymous method (lambda exp).");
} );注意第二个线程里的λ表达式，你并不需要显式地把它转成一个Runnable，因为Java能根据上下文自动推断出来：一个Thread的构造函数接受一个Runnable参数，而传入的λ表达式正好符合其run()函数，所以Java编译器推断它为Runnable。
从形式上看，λ表达式只是为你节省了几行代码。但将λ表达式引入Java的动机并不仅仅为此。Java8有一个短期目标和一个长期目标。短期目标是：配合“集合类批处理操作”的内部迭代和并行处理（下面将要讲到）；长期目标是将Java向函数式编程语言这个方向引导（并不是要完全变成一门函数式编程语言，只是让它有更多的函数式编程语言的特性），也正是由于这个原因，Oracle并没有简单地使用内部类去实现λ表达式，而是使用了一种更动态、更灵活、易于将来扩展和改变的策略（invokedynamic）。
λ表达式与集合类批处理操作（或者叫块操作）**
上文提到了集合类的批处理操作。这是Java8的另一个重要特性，它与λ表达式的配合使用乃是Java8的最主要特性。集合类的批处理操作API的目的是实现集合类的“内部迭代”，并期望充分利用现代多核CPU进行并行计算。Java8之前集合类的迭代（Iteration）都是外部的，即客户代码。而内部迭代意味着改由Java类库来进行迭代，而不是客户代码。例如：
for(Object o: list) {
// 外部迭代
System.out.println(o);
}可以写成：
list.forEach(o -> {System.out.println(o);}); //forEach函数实现内部迭代集合类（包括List）现在都有一个forEach方法，对元素进行迭代（遍历），所以我们不需要再写for循环了。forEach方法接受一个函数接口Consumer做参数，所以可以使用λ表达式。 这种内部迭代方法广泛存在于各种语言，如C++的STL算法库、Python、ruby、scala等。 Java8为集合类引入了另一个重要概念：流（stream）。一个流通常以一个集合类实例为其数据源，然后在其上定义各种操作。流的API设计使用了管道（pipelines）模式。对流的一次操作会返回另一个流。如同IO的API或者StringBuffer的append方法那样，从而多个不同的操作可以在一个语句里串起来。看下面的例子：
List<Shape> shapes = shapes.stream()
.filter(s -> s.getColor() == BLUE)
.forEach(s -> s.setColor(RED));首先调用stream方法，以集合类对象shapes里面的元素为数据源，生成一个流。然后在这个流上调用filter方法，挑出蓝色的，返回另一个流。最后调用forEach方法将这些蓝色的物体喷成红色。（forEach方法不再返回流，而是一个终端方法，类似于StringBuffer在调用若干append之后的那个toString） filter方法的参数是Predicate类型，forEach方法的参数是Consumer类型，它们都是函数接口，所以可以使用λ表达式。
还有一个方法叫parallelStream()，顾名思义它和stream()一样，只不过指明要并行处理，以期充分利用现代CPU的多核特性。
shapes.parallelStream(); // 或shapes.stream().parallel()来看更多的例子。下面是典型的大数据处理方法，Filter-Map-Reduce：
/**
* DistinctPrimary.java
*/
package study.java8.stream;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;
/**
* @author jack 2016年8月18日 下午1:50:56
*/
public class DistinctPrimary {
/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
distinctPrimary(2,
2,
2,
5,
5,
5,
10,
8,
9,
11,
11,
13,
13,
13,
19,
23,
45,
97);
}
// 给出一个Integer类型的数组，找出其中所有不重复的素数
public static void distinctPrimary(Integer... numbers) {
List<Integer> l = Arrays.asList(numbers);
List<Integer> r = l.stream()
.map(e -> new Integer(e))
.distinct()
.filter(e -> Primes.isPrime(e))
.collect(Collectors.toList());
System.out.println("distinctPrimary result is: " + r);
}
}
class Primes {
public static boolean isPrime(int a) {
boolean flag = true;
if (a < 2) {// 素数不小于2
return false;
} else {
for (int i = 2; i <= Math.sqrt(a); i++) {
if (a % i == 0) {// 若能被整除，则说明不是素数，返回false
flag = false;
break;// 跳出循环
}
}
}
return flag;
}
}第一步：传入一系列String（假设都是合法的数字），转成一个List，然后调用stream()方法生成流。 第二步：调用流的map方法把每个元素由String转成Integer，得到一个新的流。map方法接受一个Function类型的参数，上面介绍了，Function是个函数接口，所以这里用λ表达式。 第三步：调用流的filter方法，过滤那些不是素数的数字，并得到一个新流。filter方法接受一个Predicate类型的参数，上面介绍了，Predicate是个函数接口，所以这里用λ表达式。 第四步：调用流的distinct方法，去掉重复，并得到一个新流。这本质上是另一个filter操作。 第五步：用collect方法将最终结果收集到一个List里面去。collect方法接受一个Collector类型的参数，这个参数指明如何收集最终结果。在这个例子中，结果简单地收集到一个List中。我们也可以用Collectors.toMap(e->e, e->e)把结果收集到一个Map中，它的意思是：把结果收到一个Map，用这些素数自身既作为键又作为值。toMap方法接受两个Function类型的参数，分别用以生成键和值，Function是个函数接口，所以这里都用λ表达式。
你可能会觉得在这个例子里，List l被迭代了好多次，map，filter，distinct都分别是一次循环，效率会不好。实际并非如此。这些返回另一个Stream的方法都是“懒（lazy）”的，而最后返回最终结果的collect方法则是“急（eager）”的。在遇到eager方法之前，lazy的方法不会执行。 当遇到eager方法时，前面的lazy方法才会被依次执行。而且是管道贯通式执行。这意味着每一个元素依次通过这些管道。例如有个元素“3”，首先它被map成整数型3；然后通过filter，发现是素数，被保留下来；又通过distinct，如果已经有一个3了，那么就直接丢弃，如果还没有则保留。这样，3个操作其实只经过了一次循环。
除collect外其它的eager操作还有forEach，toArray，reduce等。 下面来看一下也许是最常用的收集器方法，groupingBy：
//给出一个String类型的数组，找出其中各个素数，并统计其出现次数 public void primaryOccurrence(String... numbers) {
List<String> l = Arrays.asList(numbers);
Map<Integer, Integer> r = l.stream()
.map(e -> new Integer(e))
.filter(e -> Primes.isPrime(e))
.collect( Collectors.groupingBy(p->p,Collectors.summingInt(p->1)) );
System.out.println("primaryOccurrence result is: " + r);
}注意这一行：
Collectors.groupingBy(p->p, Collectors.summingInt(p->1))它的意思是：把结果收集到一个Map中，用统计到的各个素数自身作为键，其出现次数作为值。 下面是一个reduce的例子：
//给出一个String类型的数组，求其中所有不重复素数的和 public void distinctPrimarySum(String... numbers) { List<String> l = Arrays.asList(numbers); int sum = l.stream() .map(e -> new Integer(e)) .filter(e -> Primes.isPrime(e)) .distinct() .reduce(0, (x,y) -> x+y); // equivalent to .sum() System.out.println("distinctPrimarySum result is: " + sum); }reduce方法用来产生单一的一个最终结果。流有很多预定义的reduce操作，如sum()，max()，min()等。 再举个现实世界里的栗子比如：
// 统计年龄在25-35岁的男女人数、比例 public void boysAndGirls(List<Person> persons) { Map<Integer, Integer> result = persons.parallelStream().filter(p -> p.getAge()>=25 && p.getAge()<=35). collect( Collectors.groupingBy(p->p.getSex(), Collectors.summingInt(p->1)) ); System.out.print("boysAndGirls result is " + result); System.out.println(", ratio (male : female) is " + (float)result.get(Person.MALE)/result.get(Person.FEMALE)); }λ表达式的更多用法
// 嵌套的λ表达式
Callable<Runnable> c1 = () -> () -> { System.out.println("Nested lambda"); };
c1.call().run();
// 用在条件表达式中
Callable<Integer> c2 = true ? (() -> 42) : (() -> 24); System.out.println(c2.call());
// 定义一个递归函数，注意
protected UnaryOperator<Integer>
factorial = i -> i == 0 ? 1 : i * this.factorial.apply( i - 1 );
System.out.println(factorial.apply(3));递归函数，注意 须用this限定
在Java中，随声明随调用的方式是不行的，比如下面这样，声明了一个λ表达式(x, y) -> x + y，同时企图通过传入实参(2, 3)来调用它：
int five = ( (x, y) -> x + y ) (2, 3); // ERROR! try to call a lambda in-place这在C++中是可以的，但Java中不行。Java的λ表达式只能用作赋值、传参、返回值等。
其它相关概念
捕获（Capture）
捕获的概念在于解决在λ表达式中我们可以使用哪些外部变量（即除了它自己的参数和内部定义的本地变量）的问题。 答案是：与内部类非常相似，但有不同点。不同点在于内部类总是持有一个其外部类对象的引用。而λ表达式呢，除非在它内部用到了其外部类（包围类）对象的方法或者成员，否则它就不持有这个对象的引用。
在Java8以前，如果要在内部类访问外部对象的一个本地变量，那么这个变量必须声明为final才行。在Java8中，这种限制被去掉了，代之以一个新的概念，“effectively final”。它的意思是你可以声明为final，也可以不声明final但是按照final来用，也就是一次赋值永不改变。换句话说，保证它加上final前缀后不会出编译错误。
在Java8中，内部类和λ表达式都可以访问effectively final的本地变量。 Java要求本地变量final或者effectively final的原因是多线程并发问题。内部类、λ表达式都有可能在不同的线程中执行，允许多个线程同时修改一个本地变量不符合Java的设计理念。
方法引用（Method reference）
任何一个λ表达式都可以代表某个函数接口的唯一方法的匿名描述符。我们也可以使用某个类的某个具体方法来代表这个描述符，叫做方法引用。例如：
Integer::parseInt //静态方法引用
System.out::print //实例方法引用
Person::new //构造器引用使用方法引用，你的程序会变得更短些。现在distinctPrimarySum方法可以改写如下：
public void distinctPrimarySum(String... numbers) {
List<String> l = Arrays.asList(numbers);
int sum =
l.stream().map(Integer::new)
.filter(Primes::isPrime)
.distinct()
.sum();
System.out.println("distinctPrimarySum result is: " + sum); } 默认方法（Default method）
Java8中，接口声明里可以有方法实现了，叫做默认方法。在此之前，接口里的方法全部是抽象方法。
public interface MyInterf {
String m1();
default String m2() {
return "Hello default method!";
}
} 这实际上混淆了接口和抽象类，但一个类仍然可以实现多个接口，而只能继承一个抽象类。
这么做的原因是：由于Collection库需要为批处理操作添加新的方法，如forEach()，stream()等，但是不能修改现有的Collection接口——如果那样做的话所有的实现类都要进行修改，包括很多客户自制的实现类。所以只好使用这种妥协的办法。
如此一来，我们就面临一种类似多继承的问题。如果类Sub继承了两个接口，Base1和Base2，而这两个接口恰好具有完全相同的两个默认方法，那么就会产生冲突。这时Sub类就必须通过重载来显式指明自己要使用哪一个接口的实现（或者提供自己的实现）。
除了默认方法，Java8的接口也可以有静态方法的实现：
public interface MyInterf {
String m1();
default String m2() {
return "Hello default method!";
}
static String m3() {
return "Hello static method in Interface!";
}
} 生成器函数（Generator function）
有时候一个流的数据源不一定是一个已存在的集合对象，也可能是个“生成器函数”。一个生成器函数会产生一系列元素，供给一个流。Stream.generate(Supplier<T> s)就是一个生成器函数。其中参数Supplier是一个函数接口，里面有唯一的抽象方法 <T> get()。 下面这个例子生成并打印5个随机数：
Stream.generate(Math::random).limit(5).forEach(System.out::println);注意这个limit(5)，如果没有这个调用，那么这条语句会永远地执行下去。也就是说这个生成器是无穷的。这种调用叫做终结操作，或者短路（short-circuiting）操作。
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