Java 8中 lambda 表达式详解

lambda 表达式，相信大家都不陌生，就算没有用过，那应该也听说过。我也是一样，在使用新特性 stream 流处理集合相关的代码时接触到这种语法，其他地方倒是不经常使用。所以也是仅仅知道一些皮毛，对于其中的原理什么的也不怎么清楚。

今天准备系统的学习一番，话不多说，接下来就开始我们的学习。

lambda 表达式介绍

lambda 表达式是 Java 8 的一个新特性，可以取代大部分的匿名内部类，简化了匿名委托的使用，让你让代码更加简洁，优雅。

比较官方的定义是这样的：

lambda 表达式是一个可传递的代码块（或者匿名函数），可以在以后执行一次或多次。

这个匿名函数没有名称，但它有参数列表、函数主体、返回类型，可能还有一个可以抛出的异常列表。lambda 表达式也可称为闭包。

在 Java 中传递一个代码段并不容易，你不能直接传递代码段。Java 是一种面向对象语言，所以必须构造一个对象，这个对象的类需要有一个方法包含所需的代码。接下来就看看 Java 是怎么来处理代码块的。

lambda 表达式的语法

Java 中有一个 Comparator 接口用来排序。这是 Java 8 以前的代码形式：

java复制代码public class LengthComparator implements Comparator<String> {
    @Override
    public int compare(String a, String b) {
        return a.length() - b.length();
    }
}

1 2	java复制代码String[] strArr = new String[]{"abcde", "qwer"}; Arrays.sort(strArr, new LengthComparator());

我们需要定义一个实现了 Comparator 接口的类，并实现里面的 compare() 方法，然后把这个类当做参数传给 sort 方法。

而我们使用 lambda 表达式就可以这样来写：

1	java复制代码Arrays.sort(strArr, (String a, String b) -> a.length() - b.length());

其中的 (String a, String b) -> a.length() - b.length() 就是一个 lambda 表达式。

lambda 表达式就是一个代码块，以及必须传入代码的变量规范

lambda 表达式的一些例子：

java复制代码// 1. 不需要参数,返回值为 5  
() -> 5  
  
// 2. 接收一个参数(数字类型),返回其2倍的值  
x -> 2 * x  
  
// 3. 接受2个参数(数字),并返回他们的差值  
(x, y) -> x – y  
  
// 4. 接收2个int型整数,返回他们的和  
(int x, int y) -> x + y  
  
// 5. 接受一个 string 对象,并在控制台打印,不返回任何值(看起来像是返回void)  
(String s) -> System.out.print(s)

再看一个例子加深理解：

java复制代码// 用匿名内部类的方式来创建线程 
new Thread(new Runnable() { 
    @Override 
    public void run() { 
        System.out.println("hello world"); 
    } 
});


// 使用Lambda来创建线程
new Thread(() -> System.out.println("hello world"));

注意：

如果一个 lambda 表达式只在某些分支返回一个值，而另外一些分支不返回值，这是不合法的。

例如，(int x) -> { if (x>= 0) return 1; } 就不合法。

函数式接口

Java 中有很多封装代码块的接口，比如上面的 Comparator 或 ActionListener，lambda 表达式与这些接口是兼容的。

但并不是所有的接口都可以使用 lambda 表达式来实现。lambda 规定接口中只能有一个需要被实现的方法（只包含一个抽象方法），不是规定接口中只能有一个方法。 这种接口就称为函数式接口。

Java 8 中有另一个新特性：default，被 default 修饰的方法会有默认实现，不是必须被实现的方法，所以不影响 Lambda 表达式的使用。

上面的 Comparator 和 ActionListener，包括 Runnable 就是只有一个需要被实现的方法的接口。即函数式接口。

java复制代码@FunctionalInterface
public interface Runnable {
    /**
     * When an object implementing interface <code>Runnable</code> is used...
     */
    public abstract void run();
}

我们来观察下 Runnable 接口，接口上面有一个注解 @FunctionalInterface。

通过观察 @FunctionalInterface 这个注解的源码，可以知道这个注解有以下特点：

该注解只能标记在有且仅有一个抽象方法的接口上。
JDK8 接口中的静态方法和默认方法，都不算是抽象方法。
接口默认继承 java.lang.Object，所以如果接口显示声明覆盖了 Object 中方法，那么也不算抽象方法。
该注解不是必须的，如果一个接口符合”函数式接口”定义，那么加不加该注解都没有影响。加上该注解能够更好地让编译器进行检查。如果编写的不是函数式接口，但是加上了@FunctionInterface，那么编译器会报错。

我们再来看一下 Comparator 接口的源码：

java复制代码@FunctionalInterface
public interface Comparator<T> {
    
    int compare(T o1, T o2);

    boolean equals(Object obj);

    default Comparator<T> reversed() {
        return Collections.reverseOrder(this);
    }

    default Comparator<T> thenComparing(Comparator<? super T> other) {
        Objects.requireNonNull(other);
        return (Comparator<T> & Serializable) (c1, c2) -> {
            int res = compare(c1, c2);
            return (res != 0) ? res : other.compare(c1, c2);
        };
    }

    public static <T> Comparator<T> nullsFirst(Comparator<? super T> comparator) {
        return new Comparators.NullComparator<>(true, comparator);
    }
}

这里只贴出来了部分代码，可以看到排除掉接口的中的静态方法、默认方法和覆盖的 Object 中的方法之后，就剩下一个抽象方法 int compare(T o1, T o2);，符合 lambda 函数式接口的规范。

JDK 中提供一些其他的函数接口如下：

这里也不展开讲了，展开讲又是一篇新的文章了。

方法引用

Java awt 包中有一个 Timer 类，作用是经过一段时间就执行一次。
用 lambda 表达式来处理：

1	java复制代码Timer timer = new Timer(1000, event -> System.out.println("this time is " + new Date()));

这里面的 lambda 表达式可以这样表示：

1	java复制代码Timer timer = new Timer(1000, System.out::println);

表达式 System.out::println 就是一个方法引用(method reference)，它指示编译器生成一个函数式接口的实例，覆盖这个接口的抽象方法来调用给定的方法。

方法引用需要用 ::运算符分隔方法名与对象或类名。主要有3种情况：

1
2
3

java复制代码1. object::instanceMethod
2. Class::instanceMethod
3. Class::staticMethod

具体解释这里不再叙述，有兴趣的可以看看《Java 核心技术卷1》。

注意：

只有当 lambda 表达式的体只调用一个方法而不做其他操作时，才能把 lambda 表达式重写为方法引用

构造器引用

构造器引用与方法引用很类似，只不过方法名 new。例如，Person::new 是 Person 构造器的一个引用。

假如有一个字符串列表。可以把它转换为一个 Person 对象数组，为此要在各个字符串上调用构造器：

1
2
3

java复制代码ArrayList<String> names = ... ;
Stream<Persion> stream = names.stream().map(Person::new);
List<Person> people = stream.collect(Collectors.toList());

其中，map 方法会为各个列表元素调用 Person(String) 构造器。

这里的 stream 和 map 会在下一篇博客中学习，这篇暂不讨论。

变量作用域

看下面这个例子：

java复制代码public static void repeatMessage(String text, int delay){
    ActionListener listener = event -> 
        {
            System.out.printLn(text);
        };
    new Timer(delay, listener).start();
}

// 调用
repeatMessage("Hello", 1000);

可以看到， lambda 表达式可以捕获外围作用域中变量的值。在 Java 中，要确保所捕获的值是明确定义的，这里有一个重要的限制。在 lambda 表达式中，只能引用值不会改变的变量。这是为了保证并发执行过程的安全。

lambda 表达式中捕获的变量必须实际上是事实最终变量。就是这个变量初始化之后就不会再为它赋新值。

lambda 表达式与匿名类的区别

使用匿名类与 Lambda 表达式的一大区别在于关键词的使用。对于匿名类，关键词 this 解读为匿名类，而对于 Lambda 表达式，关键词 this 解读为写就 Lambda 的外部类。也就是说，Lambda 表达式主体内使用的 this 关键字和其所在的类实例相同。

Lambda 表达式与匿名类的另一不同在于两者的编译方法。Java 编译器编译 Lambda 表达式并将他们转化为类里面的私有函数。

匿名内部类可以为任意接口创建实例——不管接口包含多少个抽象方法，只要匿名内部类实现所有的抽象方法即可；但 Lambda 表达式只能为函数式接口创建实例。
匿名内部类可以为抽象类甚至普通类创建实例；但 Lambda 表达式只能为函数式接口创建实例。
匿名内部类实现的抽象方法的方法体允许调用接口中定义的默认方法；但 Lambda 表达式的代码块不允许调用接口中定义的默认方法。

本文转载自: 掘金

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