java8 Lambda 表达式详解

1.前言

在java8 以前,若我们想要把某些功能传递给某些方法,总要去写匿名类。以前注册事件监听器的写法与下面的示例代码就很像:

        manager.addScheduleListener(new ScheduleListener() {
              @Override
              public void onSchedule(ScheduleEvent e) {
                 //Event listener implementation goes here...
              }
        });

我们添加了一些自定义代码到Schedule监听器中,需要先定义匿名内部类,然后传递一些功能到onSchedule方法中。

正是java在作为参数传递普通方法或功能的限制,java8增加了一个全新语言级别的功能,称为lambda表达式。


2.为什么java需要lambda表达式

java是面向对象语言,除了原始数据类型之外,java中所有内容都是一个对象。而在函数式语言中,我们只需要给函数分配变量,并将这个函数作为参数传递给其他函数就可以实现特定的功能。javaScript就是函数式编程语言的典范(闭包)。

lambda表达式的加入,使得java拥有了函数式编程的能力。在其他语言中,lambda表达式的类型是一个函数;但在java中,lambda表达式被表示为对象,因此他们必须绑定到被称为功能接口的特定对象类型。


3.lambda 表达式简介

lambda表达式是一个匿名函数(对于java而言并不是很准确,但是这里我们不纠结这个问题)。简单来说,这是一种没有声明的方法,即没有访问修饰符,返回值声明和名称。

在仅使用一次方法的地方特别有用,方法定义很短。它为我们节省了,如包含类声明和编写单独方法的工作。

java中的lambda表达式通常使用语法是(argument) ->(body) 比如:

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

以下是lambda表达式的一些示例

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

3.1 lambda 表达式的结构

lambda表达式的结构:

  • Lambda表达式可以具有零个,一个或多个参数。
  • 可以显示声明参数的类型,也可以由编译器自动从上下文推断参数的类型。例如(int a)也可以写作(a)
  • 参数用小括号括起来,用逗号分隔。例如(a,b)(int a,int b)或(String a,int b,float c)
  • 空括号用于表示一组空的参数。例如() -> 42
  • 当有且仅有一个参数时,如果不显示的指明类型,则不必使用小括号。例如 a -> return a*a
  • lambda表达式的正文可以包含零条,一条或多条语句。
  • 如果lambda表达式的正文只有一条语句,则大括号可不用写,且表达式的返回值类型要与匿名函数的返回类型相同。
  • 如果lambda表达式的正文有一条以上的语句必须包含在大括号(代码块)中,且表达式的返回值类型要与匿名函数的返回值类型相同。

4.方法引用

4.1 从lambda 表达式到双冒号操作符

例如,要穿件一个比较器,一下语法就够了

Comparator c = (Person p1,Person p2) -> p1.getAge().compareTp(p2.getAge());

然后,使用类型推断:

Comparator c = (p1,p2) -> p1.getAge().compareTo(p2.getAge());

我们可以使上面的代码更具表现力和可读性,我们来看一下:

Comparator c = Comparator.comparing(Person::getAge);

使用::运算符作为lambda调用特定方法的缩写,并且拥有更好的可读性。


4.2 使用方式

双冒号(::)操作符是java中的方法引用。当使用一个方法的引用时,目标引用放在::之前,目标引用提供的方法名称在::之后,即目标引用::方法。比如:

Person::getAge;

//获取getAge方法的 Function 对象
Fuction<Person,Integer> getAge = Person::getAge
//传参数调用getAge 方法
Integer age = getAge.apply(p);

我们引用getAge,然后将其应用于正确的参数。

目标引用的参数类型是Function<T,R> T表示传入类型,R表示返回类型。比如 表达式 person -> person.getAge();,传入参数是person,返回值是person.getAge(),那么方法引用Person::getAge 就对应着Function<Person,Integer>类型。


5.什么是功能接口(Functional interface)

在Java中,功能接口(Functional interface)指只有一个抽象方法的接口。

java.lang.Runnable是一个功能接口,在Runnable中只有一个方法的声明void run()。我们使用匿名内部类实例化功能接口的对象。而使用lambda表达式,可以简化写法。

每个lambda表达式都可以隐式地分配给功能接口,例如,我们可以从lambda表达式创建Runnable接口的引用,如下所示。

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

当我们不指定功能接口时,这种类型的转换会被编译器自动处理,例如:

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

在上面的代码中,编译器会自动推断,lambda表达式可以从Thread类的构造函数签名(public Thread(Runnable r) {})转换为Runnable接口。

@FunctionalInterface是在java8 中添加的一个新注解,用于指示接口类型,声明接口为java语言规范定义的功能接口。java8还声明了lambda表达式可以使用的功能接口的数量。当您注释的接口不是有效的功能接口时,@FunctionalInterface 会产生编译器级错误。
以下是自定义功能接口的示例:

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

正如其定义所述,功能接口只能有一个抽象方法。如果我们尝试在其中添加一个抽象方法,则会抛出编译时错误。例如:

@FunctionalInterface
public interface WorkerInterface{
      public void doWork();
      public void doMoreWork();
}
错误:意外的 @FunctionalInterface 注释,WorkerInterface 不是函数接口,
      WorkerInterface 中找到多个非覆盖抽象方法

一旦定义了功能接口,我们就可以利用lambda表达式调用。例如:

WorkerInterface work = () -> System.out.println("通过lambda表达式调用");
work.doWork();

6.lambda表达式的例子

6.1 线程初始化

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

6.2 事件处理

事件处理可以用java8 使用lambda表达式来完成。以下代码显示了将ActionListener 添加到UI组件的新旧方式:

// 旧
button.addActionListener(new ActionListener() {
      @Override
      public void actionPerformed(ActionEvent e) {
            System.out.print("hello world");
});

//新
button.addActionListener( (e) ->
      System.out.println("hello world");
});

6.3 遍历输出(方法引用)

输出给定数组的所有元素的简单代码。请注意,还有一种使用lambda表达式的方式。

//old way
List<Integer> list = Arrays.asList(1,2,3,4,5,6,7);
for( Integer i : list) {
      System.out.println(i);
}

//使用 -> 的lambda 表达式
list.forEach(n -> System.out.println(n));

//使用::的lambda 表达式
list.forEach(System.out::println)

6.4逻辑操作

输出通过逻辑判断的数据

public static void main(String args[]) {
    List<Integer> list = Arrays.asList(1,2,3,4,5,6,7);
    System.out.print("输出所有数字:");
    evaluate(list,(n) -> true);

    System.out.print("不输出:");
    evaluate(list,(n) -> true);

    System.out.print("输出偶数:");
    evaluate(list,(n) -> true);

    System.out.print("输出奇数:");
    evaluate(list,(n) -> true);

    System.out.print("输出大于5的数字:");
    evaluate(list,(n) -> true);
}

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

6.4 Stream API 示例

java.util.stream.Stream 接口和lambda 表达式一样,都是java8 新引入的。所有Stream的操作必须以lambda表达式为参数。Stream接口中带有大量有用的方法,比如map() 的左右就是将input Stream的每个元素,映射成output Stream的另外一个元素。
下面的例子,我们将lambda 表达式 x -> x * x 传递给map()方法,将其应用于流的所有元素。之后,我们使用forEach打印列表的所有元素。

//old way
List<Integer> list = Arrays.asList(1,2,3,4,5,6,7);
for(Integer i : list) {
    int x = i * i;
    System.out.println(x);
}

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

7.lambda 表达式和匿名类之间的区别

  • this关键字:对于匿名类this关键字解析为匿名类,而对于lambda表达式,this关键字解析为包含写入lambda的类。
  • 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。
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