Java8 詳解Lambda表達式

1. 引言

在 Java 8 以前，若我們想要把某些功能傳遞給某些方法，總要去寫匿名類。以前註冊事件監聽器的寫法與下面的示例代碼就很像：

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

這裏我們添加了一些自定義代碼到 Schedule 監聽器中，需要先定義匿名內部類，然後傳遞一些功能到 onSchedule 方法中。

正是 Java 在作爲參數傳遞普通方法或功能的限制，Java 8 增加了一個全新語言級別的功能，稱爲 Lambda 表達式。

2. 爲什麼 Java 需要 Lambda 表達式

Java 是面向對象語言，除了原始數據類型之處，Java 中的所有內容都是一個對象。而在函數式語言中，我們只需要給函數分配變量，並將這個函數作爲參數傳遞給其它函數就可實現特定的功能。JavaScript 就是功能編程語言的典範（閉包）。

Lambda 表達式的加入，使得 Java 擁有了函數式編程的能力。在其它語言中，Lambda 表達式的類型是一個函數；但在 Java 中，Lambda 表達式被表示爲對象，因此它們必須綁定到被稱爲功能接口的特定對象類型。

3. Lambda 表達式簡介

Lambda 表達式是一個匿名函數（對於 Java 而言並不很準確，但這裏我們不糾結這個問題）。簡單來說，這是一種沒有聲明的方法，即沒有訪問修飾符，返回值聲明和名稱。

在僅使用一次方法的地方特別有用，方法定義很短。它爲我們節省了，如包含類聲明和編寫單獨方法的工作。

Java 中的 Lambda 表達式通常使用語法是 (argument) -> (body)，比如：

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

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

以下是 Lambda 表達式的一些示例：

(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 表達式的結構

Lambda 表達式的結構：

• Lambda 表達式可以具有零個，一個或多個參數。
• 可以顯式聲明參數的類型，也可以由編譯器自動從上下文推斷參數的類型。例如 (int a) 與剛纔相同 (a)。
• 參數用小括號括起來，用逗號分隔。例如 (a, b) 或 (int a, int b) 或 (String a, int b, float c)。
• 空括號用於表示一組空的參數。例如 () -> 42。
• 當有且僅有一個參數時，如果不顯式指明類型，則不必使用小括號。例如 a ->return a*a。
• Lambda 表達式的正文可以包含零條，一條或多條語句。
• 如果 Lambda 表達式的正文只有一條語句，則大括號可不用寫，且表達式的返回值類型要與匿名函數的返回類型相同。
• 如果 Lambda 表達式的正文有一條以上的語句必須包含在大括號（代碼塊）中，且表達式的返回值類型要與匿名函數的返回類型相同。

4. 方法引用

4.1 從 Lambda 表達式到雙冒號操作符

使用 Lambda 表達式，我們已經看到代碼可以變得非常簡潔。

例如，要創建一個比較器，以下語法就足夠了

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

然後，使用類型推斷：

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

但是，我們可以使上面的代碼更具表現力和可讀性嗎？我們來看一下：

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

使用 :: 運算符作爲 Lambda 調用特定方法的縮寫，並且擁有更好的可讀性。

4.2 使用方式

雙冒號（::）操作符是 Java 中的方法引用。它們使用一個方法的引用時，目標引用放在 :: 之前，目標引用提供的方法名稱放在 :: 之後，即 目標引用::方法。比如：

Person::getAge;

在 Person 類中定義的方法 getAge 的方法引用。

然後我們可以使用 Function 對象進行操作：

// 獲取 getAge 方法的 Function 對象
Function<Person, Integer> getAge = Person::getAge;
// 傳參數調用 getAge 方法
Integer age = getAge.apply(p);

我們引用 getAge，然後將其應用於正確的參數。

目標引用的參數類型是 Function，T 表示傳入類型，R 表示返回類型。比如，表達式 person -> person.getAge();，傳入參數是 person，返回值是 person.getAge()，那麼方法引用 Person::getAge 就對應着 Function 類型。

5. 什麼是功能接口（Functional interface）

在 Java 中，功能接口（Functional interface）指只有一個抽象方法的接口。

java.lang.Runnable 是一個功能接口，在 Runnable 中只有一個方法的聲明 void run()。我們使用匿名內部類實例化功能接口的對象，而使用 Lambda 表達式，可以簡化寫法。

每個 Lambda 表達式都可以隱式地分配給功能接口。例如，我們可以從 Lambda 表達式創建 Runnable 接口的引用，如下所示：

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

當我們不指定功能接口時，這種類型的轉換會被編譯器自動處理。例如：

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

在上面的代碼中，編譯器會自動推斷，Lambda 表達式可以從 Thread 類的構造函數簽名（public Thread(Runnable r) { }）轉換爲 Runnable 接口。

@FunctionalInterface 是在 Java 8 中添加的一個新註解，用於指示接口類型，聲明接口爲 Java 語言規範定義的功能接口。Java 8 還聲明瞭 Lambda 表達式可以使用的功能接口的數量。當您註釋的接口不是有效的功能接口時， @FunctionalInterface 會產生編譯器級錯誤。

以下是自定義功能接口的示例：

package com.wuxianjiezh.demo.lambda;

@FunctionalInterface
public interface WorkerInterface {

    public void doSomeWork();
}

正如其定義所述，功能接口只能有一個抽象方法。如果我們嘗試在其中添加一個抽象方法，則會拋出編譯時錯誤。例如：

package com.wuxianjiezh.demo.lambda;

@FunctionalInterface
public interface WorkerInterface {

    public void doWork();
    public void doMoreWork();
}

錯誤：

Error:(3, 1) java: 意外的 @FunctionalInterface 註釋
  com.wuxianjiezh.demo.lambda.WorkerInterface 不是函數接口
    在 接口 com.wuxianjiezh.demo.lambda.WorkerInterface 中找到多個非覆蓋抽象方法

一旦定義了功能接口，我們就可以利用 Lambda 表達式調用。例如：

package com.wuxianjiezh.demo.lambda;

@FunctionalInterface
public interface WorkerInterface {

    public void doWork();
}

class WorkTest {

    public static void main(String[] args) {
        // 通過匿名內部類調用
        WorkerInterface work = new WorkerInterface() {
            @Override
            public void doWork() {
                System.out.println("通過匿名內部類調用");
            }
        };
        work.doWork();

        // 通過 Lambda 表達式調用
        // Lambda 表達式實際上是一個對象。
        // 我們可以將 Lambda 表達式賦值給一個變量，就可像其它對象一樣調用。
        work = ()-> System.out.println("通過 Lambda 表達式調用");
        work.doWork();
    }
}

運行結果：

通過匿名內部類調用
通過 Lambda 表達式調用

6. Lambda 表達式的例子

6.1 線程初始化

線程可以初始化如下：

// Old way
new Thread(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Hello world");
    }
}).start();

// New way
new Thread(
    () -> System.out.println("Hello world")
).start();

我們在使用IDEA的時候，如果寫出Old way的代碼，IDEA會提示我們將其轉換爲Lambda表達式的形式，爲IDEA點贊！

[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-LM90jM8R-1589969362425)(https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/iaIdQfEric9Tysj9HDw7ZSDrkn4L1wZqOiaZbkakLgv9n0T1AbUjGqSEeicc3TyRbEhlwXVAv2qPpVWvEoa6oibibvmw/640?wx_fmt=png&tp=webp&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1)]IDEA自動檢測並提示轉換爲Lambda表達式形式

我們將光標移動到灰色代碼區域(new Runnable這裏)，使用快捷鍵alt+Enter就可以實現自動轉換了。

自動轉換爲Lambda表達式

6.2 事件處理

事件處理可以用 Java 8 使用 Lambda 表達式來完成。以下代碼顯示了將 ActionListener 添加到 UI 組件的新舊方式：

// Old way
button.addActionListener(new ActionListener() {
    @Override
    public void actionPerformed(ActionEvent e) {
        System.out.println("Hello world");
    }
});

// New way
button.addActionListener( (e) -> {
        System.out.println("Hello world");
});

6.3 遍例輸出（方法引用）

輸出給定數組的所有元素的簡單代碼。請注意，還有一種使用 Lambda 表達式的方式。

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

// 使用 -> 的 Lambda 表達式
list.forEach(n -> System.out.println(n));

// 使用 :: 的 Lambda 表達式
list.forEach(System.out::println);

這裏順便補充一下Arrays.asList()方法。Arrays.asList()將數組轉換爲集合後,底層其實還是數組，《阿里巴巴》Java 開發使用手冊對於這個方法有如下描述：

[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-dyJuC4Xd-1589969362430)(https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/iaIdQfEric9Tysj9HDw7ZSDrkn4L1wZqOiaHa32mjIMv7sRR04HjsUWicjs3e8pMXFSpR8ygnJnsgIrdBaUian9D3rw/640?wx_fmt=png&tp=webp&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1)]阿里巴巴Java開發手-Arrays.asList()方法

如何正確的將數組轉換爲ArrayList？可以像下面這樣(參見：stackoverflow- https://dwz.cn/vcBkTiTW)

List list = new ArrayList<>(Arrays.asList("a", "b", "c"))

6.4 邏輯操作

輸出通過邏輯判斷的數據。

package com.wuxianjiezh.demo.lambda;

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.function.Predicate;

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7);

        System.out.print("輸出所有數字：");
        evaluate(list, (n) -> true);

        System.out.print("不輸出：");
        evaluate(list, (n) -> false);

        System.out.print("輸出偶數：");
        evaluate(list, (n) -> n % 2 == 0);

        System.out.print("輸出奇數：");
        evaluate(list, (n) -> n % 2 == 1);

        System.out.print("輸出大於 5 的數字：");
        evaluate(list, (n) -> n > 5);
    }

    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();
    }
}

運行結果：

輸出所有數字：1 2 3 4 5 6 7
不輸出：
輸出偶數：2 4 6
輸出奇數：1 3 5 7
輸出大於 5 的數字：6 7

6.4 Stream API 示例

java.util.stream.Stream接口 和 Lambda 表達式一樣，都是 Java 8 新引入的。所有 Stream 的操作必須以 Lambda 表達式爲參數。Stream 接口中帶有大量有用的方法，比如 map() 的作用就是將 input Stream 的每個元素，映射成output Stream 的另外一個元素。

下面的例子，我們將 Lambda 表達式 x -> x*x 傳遞給 map() 方法，將其應用於流的所有元素。之後，我們使用 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 n : list) {
    int x = n * n;
    System.out.println(x);
}

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

下面的示例中，我們給定一個列表，然後求列表中每個元素的平方和。這個例子中，我們使用了 reduce() 方法，這個方法的主要作用是把 Stream 元素組合起來。

// old way
List<Integer> list = Arrays.asList(1,2,3,4,5,6,7);
int sum = 0;
for(Integer n : list) {
    int x = n * n;
    sum = sum + x;
}
System.out.println(sum);

// new way
List<Integer> list = Arrays.asList(1,2,3,4,5,6,7);
int sum = list.stream().map(x -> x*x).reduce((x,y) -> x + y).get();
System.out.println(sum);

7. Lambda 表達式和匿名類之間的區別

• this 關鍵字。對於匿名類 this 關鍵字解析爲匿名類，而對於 Lambda 表達式，this 關鍵字解析爲包含寫入 Lambda 的類。
• 編譯方式。Java 編譯器編譯 Lambda 表達式時，會將其轉換爲類的私有方法，再進行動態綁定。