Java8 Lambda表达式详解手册及实例

首先看一下发音 ([ˈlæmdə])表达式。注意该词的发音,b是不发音的,da发[də]音。

为什么要引入Lambda表达式

简单的来说,引入Lambda就是为了简化代码,允许把函数作为一个方法的参数传递进方法中。如果有JavaScript的编程经验,马上会想到这不就是闭包吗。是的,Lambda表达式也可以称作Java中的闭包。

先回顾一下Java8以前,如果想把某个接口的实现类作为参数传递给一个方法会怎么做?要么创建一个类实现该接口,然后new出一个对象,在调用方法时传递进去,要么使用匿名类,可以精简一些代码。以创建一个线程并打印一行日志为例,使用匿名函数写法如下:

new Thread(new Runnable() {
	@Override
	public void run() {
		System.out.println("欢迎关注公众号:程序新视界");
	}
}).start();

在java8以前,使用匿名函数已经算是很简洁的写法了,再来看看使用Lambda表达式,上面的代码会变成什么样子。

new Thread(() -> System.out.println("欢迎关注公众号:程序新视界")).start();

是不是简洁到爆!

我们都知道java是面向对象的编程语言,除了部分简单数据类型,万物皆对象。因此,在Java中定义函数或方法都离不开对象,也就意味着很难直接将方法或函数像参数一样传递,而Java8中的Lambda表达式的出现解决了这个问题。

Lambda表达式使得Java拥有了函数式编程的能力,但在Java中Lambda表达式是对象,它必须依附于一类特别的对象类型——函数式接口(functional interface),后面详细讲解。

Lambda表达式简介

Lambda表达式是一种匿名函数(对Java而言这并不完全准确),通俗的说,它是没有声明的方法,即没有访问修饰符、返回值声明和名字的方法。使用Lambda表达式的好处很明显就是可以使代码变的更加简洁紧凑。

Lambda表达式的使用场景与匿名类的使用场景几乎一致,都是在某个功能(方法)只使用一次的时候。

Lambda表达式语法结构

Lambda表达式通常使用(param)->(body)语法书写,基本格式如下:

//没有参数
() -> body

// 1个参数
(param) -> body
// 或
(param) ->{ body; }

// 多个参数
(param1, param2...) -> { body }
// 或
(type1 param1, type2 param2...) -> { body }

常见的Lambda表达式如下:

// 无参数,返回值为字符串“公众号:程序新视界”
() -> "公众号:程序新视界";

// 1个String参数,直接打印结果
(System.out::println);
// 或
(String s) -> System.out.print(s)

// 1个参数(数字),返回2倍值  
x -> 2 * x;

// 2个参数(数字),返回差值
(x, y) -> x – y
  
// 2个int型整数,返回和值  
(int x, int y) -> x + y

对照上面的示例,我们再总结一下Lambda表达式的结构:

  • Lambda表达式可以有0~n个参数。
  • 参数类型可以显式声明,也可以让编译器从上下文自动推断类型。如(int x)和(x)是等价的。
  • 多个参数用小括号括起来,逗号分隔。一个参数可以不用括号。
  • 没有参数用空括号表示。
  • Lambda表达式的正文可以包含零条,一条或多条语句,如果有返回值则必须包含返回值语句。如果只有一条可省略大括号。如果有一条以上则必须包含在大括号(代码块)中。

函数式接口

函数式接口(Functional Interface)是Java8对一类特殊类型的接口的称呼。这类接口只定义了唯一的抽象方法的接口(除了隐含的Object对象的公共方法),因此最开始也就做SAM类型的接口(Single Abstract Method)。

比如上面示例中的java.lang.Runnable就是一种函数式接口,在其内部只定义了一个void run()的抽象方法,同时在该接口上注解了@FunctionalInterface。

@FunctionalInterface
public interface Runnable {
    public abstract void run();
}

@FunctionalInterface注解是用来表示该接口要符合函数式接口的规范,除了隐含的Object对象的公共方法以外只可有一个抽象方法。当然,如果某个接口只定义一个抽象方法,不使用该注解也是可以使用Lambda表达式的,但是没有该注解的约束,后期可能会新增其他的抽象方法,导致已经使用Lambda表达式的地方出错。使用@FunctionalInterface从编译层面解决了可能的错误。

比如当注解@FunctionalInterface之后,写两个抽象方法在接口内,会出现以下提示:

Multiple non-overriding abstract methods found in interface com.secbro2.lambda.NoParamInterface

通过函数式接口我们也可以得出一个简单的结论:可使用Lambda表达式的接口,只能有一个抽象方法(除了隐含的Object对象的公共方法)。

注意此处的方法限制为抽象方法,如果接口内有其他静态方法则不会受限制。

方法引用,双冒号操作

[方法引用]的格式是,类名::方法名。

像如ClassName::methodName或者objectName::methodName的表达式,我们把它叫做方法引用(Method Reference),通常用在Lambda表达中。

看一下示例:

// 无参数情况
NoParamInterface paramInterface2 = ()-> new HashMap<>();
// 可替换为
NoParamInterface paramInterface1 = HashMap::new;

// 一个参数情况
OneParamInterface oneParamInterface1 = (String string) -> System.out.print(string);
// 可替换为
OneParamInterface oneParamInterface2 = (System.out::println);

// 两个参数情况
Comparator c = (Computer c1, Computer c2) -> c1.getAge().compareTo(c2.getAge());
// 可替换为
Comparator c = (c1, c2) -> c1.getAge().compareTo(c2.getAge());
// 进一步可替换为
Comparator c = Comparator.comparing(Computer::getAge);

再比如我们用函数式接口java.util.function.Function来实现一个String转Integer的功能,可以如下写法:

Function<String, Integer> function = Integer::parseInt;
Integer num = function.apply("1");

根据Function接口的定义Function<T,R>,其中T表示传入类型,R表示返回类型。具体就是实现了Function的apply方法,在其方法内调用了Integer.parseInt方法。

通过上面的讲解,基本的语法已经完成,以下内容通过实例来逐一演示在不同的场景下如何使用。

Runnable线程初始化示例

Runnable线程初始化是比较典型的应用场景。

// 匿名函类写法
new Thread(new Runnable() {
	@Override
	public void run() {
		System.out.println("欢迎关注公众号:程序新视界");
	}
}).start();

// lambda表达式写法
new Thread(() -> System.out.println("欢迎关注公众号:程序新视界")).start();

// lambda表达式 如果方法体内有多行代码需要带大括号
new Thread(() -> {
	System.out.println("欢迎关注公众号");
	System.out.println("程序新视界");
}).start();

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。

事件处理示例

Swing API编程中经常会用到的事件监听。

// 匿名函类写法
JButton follow =  new JButton("关注");
follow.addActionListener(new ActionListener() {
	@Override
	public void actionPerformed(ActionEvent e) {
		System.out.println("已关注公众号:程序新视界");
	}
});

// lambda表达式写法
follow.addActionListener((e) -> System.out.println("已关注公众号:程序新视界"));

// lambda表达式写法
follow.addActionListener((e) -> {
	System.out.println("已关注公众号");
	System.out.println("程序新视界");
});

列表遍历输出示例

传统遍历一个List,基本上都使用for循环来遍历,Java8之后List拥有了forEach方法,可配合lambda表达式写出更加简洁的方法。

List<String> list = Arrays.asList("欢迎","关注","程序新视界");

// 传统遍历
for(String str : list){
	System.out.println(str);
}

// lambda表达式写法
list.forEach(str -> System.out.println(str));
// lambda表达式写法
list.forEach(System.out::println);

函数式接口示例

在上面的例子中已经看到函数式接口java.util.function.Function的使用,在java.util.function包下中还有其他的类,用来支持Java的函数式编程。比如通过Predicate函数式接口以及lambda表达式,可以向API方法添加逻辑,用更少的代码支持更多的动态行为。

@Test
public void testPredicate() {

	List<String> list = Arrays.asList("欢迎", "关注", "程序新视界");

	filter(list, (str) -> ("程序新视界".equals(str)));

	filter(list, (str) -> (((String) str).length() == 5));

}

public static void filter(List<String> list, Predicate condition) {
	for (String content : list) {
		if (condition.test(content)) {
			System.out.println("符合条件的内容:" + content);
		}
	}
}

其中filter方法中的写法还可以进一步简化:

list.stream().filter((content) -> condition.test(content)).forEach((content) ->System.out.println("符合条件的内容:" + content));

list.stream().filter(condition::test).forEach((content) ->System.out.println("符合条件的内容:" + content));

list.stream().filter(condition).forEach((content) ->System.out.println("符合条件的内容:" + content));

如果不需要“符合条件的内容:”字符串的拼接,还能够进一步简化:

list.stream().filter(condition).forEach(System.out::println);

如果将调用filter方法的判断条件也写在一起,test方法中的内容可以通过一行代码来实现:

list.stream().filter((str) -> ("程序新视界".equals(str))).forEach(System.out::println);

如果需要同时满足两个条件或满足其中一个即可,Predicate可以将这样的多个条件合并成一个。

Predicate start = (str) -> (((String) str).startsWith("程序"));
Predicate len = (str) -> (((String) str).length() == 5);

list.stream().filter(start.and(len)).forEach(System.out::println);

Stream相关示例

在《JAVA8 STREAM新特性详解及实战》一文中已经讲解了Stream的使用。你是否发现Stream的使用都离不开Lambda表达式。是的,所有Stream的操作必须以Lambda表达式为参数。

以Stream的map方法为例:

Stream.of("a","b","c").map(item -> item.toUpperCase()).forEach(System.out::println);
Stream.of("a","b","c").map(String::toUpperCase).forEach(System.out::println);

更多的使用实例可参看Stream的《JAVA8 STREAM新特性详解及实战》一文。

Lambda表达式与匿名类的区别

  • 关键词的区别:对于匿名类,关键词this指向匿名类,而对于Lambda表达式,关键词this指向包围Lambda表达式的类的外部类,也就是说跟表达式外面使用this表达的意思是一样。
  • 编译方式:Java编译器编译Lambda表达式时,会将其转换为类的私有方法,再进行动态绑定,通过invokedynamic指令进行调用。而匿名内部类仍然是一个类,编译时编译器会自动为该类取名并生成class文件。

其中第一条,以Spring Boot中ServletWebServerApplicationContext类的一段源码作为示例:

private org.springframework.boot.web.servlet.ServletContextInitializer getSelfInitializer() {
   return this::selfInitialize;
}

private void selfInitialize(ServletContext servletContext) throws ServletException {
   prepareWebApplicationContext(servletContext);
   registerApplicationScope(servletContext);
   WebApplicationContextUtils.registerEnvironmentBeans(getBeanFactory(),servletContext);
   for (ServletContextInitializer beans : getServletContextInitializerBeans()) {
      beans.onStartup(servletContext);
   }
}

其中,这里this指的就是getSelfInitializer方法所在的类。

小结

至此,Java8 Lambda表达式的基本使用已经讲解完毕,最关键的还是要勤加练习,达到熟能生巧的使用。当然,刚开始可能需要一个适应期,在此期间可以把本篇文章收藏当做一个手册拿来参考。

本文分享自微信公众号 - 日拱一兵(gh_6235a38420b9)

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原始发表时间:2019-11-07

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