深入理解Java8 lambda表達式

本文主要記錄自己學習Java8的歷程，方便大家一起探討和自己的備忘。因爲本人也是剛剛開始學習Java8，所以文中肯定有錯誤和理解偏差的地方，希望大家幫忙指出，我會持續修改和優化。本文是該系列的第一篇，主要介紹Java8對屌絲碼農最有吸引力的一個特性—lambda表達式。

java8的安裝

工欲善其器必先利其器，首先安裝JDK8。過程省略，大家應該都可以自己搞定。但是有一點這裏強調一下（Windows系統）：目前我們工作的版本一般是java 6或者java 7，所以很多人安裝java8基本都是學習爲主。這樣就在自己的機器上會存在多版本的JDK。而且大家一般是希望在命令行中執行java命令是基於老版本的jdk。但是在安裝完jdk8並且沒有設置path的情況下，你如果在命令行中輸入：java -version，屏幕上會顯示是jdk 8。這是因爲jdk8安裝的時候，會默認在C:/Windows/System32中增加java.exe，這個調用的優先級比path設置要高。所以即使path裏指定是老版本的jdk，但是執行java命令顯示的依然是新版本的jdk。這裏我們要做的就是刪除C:/Windows/System32中的java.exe文件（不要手抖！）。

Lambda初體驗

下面進入本文的正題–lambda表達式。首先我們看一下什麼是lambda表達式。以下是維基百科上對於”Lambda expression”的解釋：

 a function (or a subroutine) defined, and possibly called, without being bound to an identifier。

簡單點說就是：一個不用被綁定到一個標識符上，並且可能被調用的函數。這個解釋還不夠通俗，lambda表達式可以這樣定義（不精確，自己的理解）：一段帶有輸入參數的可執行語句塊。這樣就比較好理解了吧？一例勝千言。有讀者反饋：不理解Stream的含義，所以這裏先提供一個沒用stream的lambda表達式的例子。

1	//這裏省略list的構造

2	List<String> names = ...;

3	Collections.sort(names, (o1, o2) -> o1.compareTo(o2));

 

1	//這裏省略list的構造

2	List<String> names = ...;

3	Collections.sort(names, new Comparator<String>() {

4

@Override

5	public int compare(String o1, String o2) {

6	return o1.compareTo(o2);

7

}

8

});

上面兩段代碼分別是：使用lambda表達式來排序和使用匿名內部類來排序。這個例子可以很明顯的看出lambda表達式簡化代碼的效果。接下來展示lambda表達式和其好基友Stream的配合。

1	List<String> names = new ArrayList<>();

2	names.add("TaoBao");

3	names.add("ZhiFuBao");

4	List<String> lowercaseNames = names.stream().map((String name) -> {returnname.toLowerCase();}).collect(Collectors.toList());

這段代碼就是對一個字符串的列表，把其中包含的每個字符串都轉換成全小寫的字符串（熟悉Groovy和Scala的同學肯定會感覺很親切）。注意代碼第四行的map方法調用，這裏map方法就是接受了一個lambda表達式（其實是一個java.util.function.Function的實例，後面會介紹）。

爲什麼需要Lambda表達式呢？在嘗試回答這個問題之前，我們先看看在Java8之前，如果我們想做上面代碼的操作應該怎麼辦。

先看看普通青年的代碼：

1	List<String> names = new ArrayList<>();

2	names.add("TaoBao");

3	names.add("ZhiFuBao");

4	List<String> lowercaseNames = new ArrayList<>();

5	for (String name : names) {

6	lowercaseNames.add(name.toLowerCase());

7

}

接下來看看文藝青年的代碼（藉助Guava）：

1	List<String> names = new ArrayList<>();

2	names.add("TaoBao");

3	names.add("ZhiFuBao");

4	List<String> lowercaseNames = FluentIterable.from(names).transform(newFunction<String, String>() {

5

@Override

6	public String apply(String name) {

7	return name.toLowerCase();

8

}

9	}).toList();

在此，我們不再討論普通青年和文藝青年的代碼風格孰優孰劣（有興趣的可以去google搜索“命令式編程vs聲明式編程”）。本人更加喜歡聲明式的編程風格，所以偏好文藝青年的寫法。但是在文藝青年代碼初看起來看起來干擾信息有點多，Function匿名類的構造語法稍稍有點冗長。所以Java8的lambda表達式給我們提供了創建SAM（Single Abstract Method）接口更加簡單的語法糖。

Lambda語法詳解

我們在此抽象一下lambda表達式的一般語法：

1	(Type1 param1, Type2 param2, ..., TypeN paramN) -> {

2	statment1;

3	statment2;

4	//.............

5	return statmentM;

6

}

從lambda表達式的一般語法可以看出來，還是挺符合上面給出的非精確版本的定義–“一段帶有輸入參數的可執行語句塊”。

上面的lambda表達式語法可以認爲是最全的版本，寫起來還是稍稍有些繁瑣。彆着急，下面陸續介紹一下lambda表達式的各種簡化版：

1. 參數類型省略–絕大多數情況，編譯器都可以從上下文環境中推斷出lambda表達式的參數類型。這樣lambda表達式就變成了：

1	(param1,param2, ..., paramN) -> {

2	statment1;

3	statment2;

4	//.............

5	return statmentM;

6

}

所以我們最開始的例子就變成了（省略了List的創建）：

1	List<String> lowercaseNames = names.stream().map((name) -> {returnname.toLowerCase();}).collect(Collectors.toList());

2. 當lambda表達式的參數個數只有一個，可以省略小括號。lambda表達式簡寫爲：

1	param1 -> {

2	statment1;

3	statment2;

4	//.............

5	return statmentM;

6

}

所以最開始的例子再次簡化爲：

1	List<String> lowercaseNames = names.stream().map(name -> {returnname.toLowerCase();}).collect(Collectors.toList());

3. 當lambda表達式只包含一條語句時，可以省略大括號、return和語句結尾的分號。lambda表達式簡化爲：

1	param1 -> statment

所以最開始的例子再次簡化爲：

1	List<String> lowercaseNames = names.stream().map(name -> name.toLowerCase()).collect(Collectors.toList());

4. 使用Method Reference(具體語法後面介紹)

1	//注意，這段代碼在Idea 13.0.2中顯示有錯誤，但是可以正常運行

2	List<String> lowercaseNames = names.stream().map(String::toLowerCase).collect(Collectors.toList());

Lambda表達式眼中的外部世界

我們前面所有的介紹，感覺上lambda表達式像一個閉關鎖國的傢伙，可以訪問給它傳遞的參數，也能自己內部定義變量。但是卻從來沒看到其訪問它外部的變量。是不是lambda表達式不能訪問其外部變量？我們可以這樣想：lambda表達式其實是快速創建SAM接口的語法糖，原先的SAM接口都可以訪問接口外部變量，lambda表達式肯定也是可以（不但可以，在java8中還做了一個小小的升級，後面會介紹）。

1	String[] array = {"a", "b", "c"};

2	for(Integer i : Lists.newArrayList(1,2,3)){

3	Stream.of(array).map(item -> Strings.padEnd(item, i,'@')).forEach(System.out::println);

4

}

上面的這個例子中，map中的lambda表達式訪問外部變量Integer i。並且可以訪問外部變量是lambda表達式的一個重要特性，這樣我們可以看出來lambda表達式的三個重要組成部分：

• 輸入參數
• 可執行語句
• 存放外部變量的空間

不過lambda表達式訪問外部變量有一個非常重要的限制：變量不可變（只是引用不可變，而不是真正的不可變）。

1	String[] array = {"a", "b", "c"};

2	for(int i = 1; i<4; i++){

3	Stream.of(array).map(item -> Strings.padEnd(item, i,'@')).forEach(System.out::println);

4

}

上面的代碼，會報編譯錯誤。因爲變量i被lambda表達式引用，所以編譯器會隱式的把其當成final來處理（ps：大家可以想象問什麼上一個例子不報錯，而這個報錯。）細心的讀者肯定會發現不對啊，以前java的匿名內部類在訪問外部變量的時候，外部變量必須用final修飾。Bingo，在java8對這個限制做了優化（前面說的小小優化），可以不用顯示使用final修飾，但是編譯器隱式當成final來處理。

lambda眼中的this

在lambda中，this不是指向lambda表達式產生的那個SAM對象，而是聲明它的外部對象。

方法引用（Method reference）和構造器引用（construct reference）

方法引用

前面介紹lambda表達式簡化的時候，已經看過方法引用的身影了。方法引用可以在某些條件成立的情況下，更加簡化lambda表達式的聲明。方法引用語法格式有以下三種：

• objectName::instanceMethod
• ClassName::staticMethod
• ClassName::instanceMethod

前兩種方式類似，等同於把lambda表達式的參數直接當成instanceMethod|staticMethod的參數來調用。比如System.out::println等同於x->System.out.println(x)；Math::max等同於(x, y)->Math.max(x,y)。

最後一種方式，等同於把lambda表達式的第一個參數當成instanceMethod的目標對象，其他剩餘參數當成該方法的參數。比如String::toLowerCase等同於x->x.toLowerCase()。

構造器引用

構造器引用語法如下：ClassName::new，把lambda表達式的參數當成ClassName構造器的參數 。例如BigDecimal::new等同於x->new BigDecimal(x)。

吐槽一下方法引用

表面上看起來方法引用和構造器引用進一步簡化了lambda表達式的書寫，但是個人覺得這方面沒有Scala的下劃線語法更加通用。比較才能看出，翠花，上代碼！

1	List<String> names = new ArrayList<>();

2	names.add("TaoBao");

3	names.add("ZhiFuBao");

4	names.stream().map(name -> name.charAt(0)).collect(Collectors.toList());

上面的這段代碼就是給定一個String類型的List，獲取每個String的首字母，並將其組合成新的List。這段代碼就沒辦法使用方法引用來簡化。接下來，我們簡單對比一下Scala的下劃線語法（不必太糾結Scala的語法，這裏只是做個對比）：

1	//省略List的初始化

2	List[String] names = ....

3	names.map(_.charAt(0))

在Scala中基本不用寫lambda表達式的參數聲明。