Lambda 表达式详解及示例代码

我就是我 2024-02-25 01:13 80阅读 0赞

Java Lambda 表达式是 Java 8 引入的一个新的功能，可以说是模拟函数式编程的一个语法糖，类似于 Javascript 中的闭包，但又有些不同，主要目的是提供一个函数化的语法来简化我们的编码。

### 一、Lambda 基本语法 ###

#### 1.1 Lambda 的基本结构为 (arguments) -> body ####

1.  参数类型可推导时，不需要指定类型，如 (a) -> System.out.println(a)
2.  当只有一个参数且类型可推导时，不强制写 (), 如 a -> System.out.println(a)
3.  参数指定类型时，必须有括号，如 (int a) -> System.out.println(a)
4.  参数可以为空，如 () -> System.out.println(“hello”)
5.  body 需要用 \{\} 包含语句，当只有一条语句时 \{\} 可省略

**常见的写法如下**：

1.  (a) -> a \* a
2.  (int a, int b) -> a + b
3.  (a, b) -> \{return a - b;\}
4.  () -> System.out.println(Thread.currentThread().getId())

#### 1.2 函数式接口 FunctionalInterface ####

**概念**  
Java Lambda 表达式以函数式接口为基础。什么是函数式接口(FunctionalInterface)？ 简单说来就是只有一个方法(函数)的接口，这类接口的目的是为了一个单一的操作，也就相当于一个单一的函数了。常见的接口如：Runnable, Comparator 都是函数式接口，并且都标注了注解 @FunctionalInterface 。  
**举例**

1.  并发Thread 。Runnable 接口是我们线程编程时常用的一个接口，就包含一个方法 void run()，这个方法就是线程的运行逻辑。按照以前的语法，我们新建线程一般要用到 Runnable 的匿名类，如下：

new Thread(new Runnable() {
        
         @Override
    
         public void run() {
        
             System.out.println(Thread.currentThread().getId());
         }
    
     }).start();
    
    如果写多了，是不是很无聊，而基于 Lambda 的写法则变得简洁明了，如下：
    
    new Thread(() -> System.out.println(Thread.currentThread().getId())).start();
    
    注意 Thread 的参数，Runnable 的匿名实现就通过一句就实现了出来，写成下面的更好理解
    
    Runnable r = () -> System.out.println(Thread.currentThread().getId());
    
    new Thread(r).start();
    
    当然 Lambda 的目的不仅仅是写起来简洁，更高层次的目的等体会到了再总结。

1.  整数比较，如下：

按照传统的写法
     Integer[] a = {
        1, 8, 3, 9, 2, 0, 5};
     Arrays.sort(a, new Comparator() {
        
         @Override
         public int compare(Integer o1, Integer o2) {
        
             return o1 - o2;
         }
     });
    
    Lambda 表达式写法：
    nteger[] a = {
        1, 8, 3, 9, 2, 0, 5};
    Arrays.sort(a, (o1, o2) -> o1 - o2);

### 二、JDK中的函数式接口 ###

#### 2.1 ####

> 为了现有的类库能够直接使用 Lambda 表达式

Java 8 以前存在一些接口

*  java.lang.Runnable
 *  java.util.Comparator
 *  java.util.concurrent.Callable
 *  java.io.FileFilter
 *  java.security.PrivilegedAction
 *  java.beans.PropertyChangeListener

Java 8 中更是新增加了一个包 java.util.function

*  Function - 函数：输入 T 输出 R
 *  BiFunction - 函数：输入 T 和 U 输出 R 对象
 *  Predicate - 断言/判断：输入 T 输出 boolean
 *  BiPredicate - 断言/判断：输入 T 和 U 输出 boolean
 *  Supplier - 生产者：无输入，输出 T
 *  Consumer - 消费者：输入 T，无输出
 *  BiConsumer - 消费者：输入 T 和 U 无输出
 *  UnaryOperator - 单元运算：输入 T 输出 T
 *  BinaryOperator - 二元运算：输入 T 和 T 输出 T

另外还对基本类型的处理增加了更加具体的函数是接口，包括：BooleanSupplier, DoubleBinaryOperator, DoubleConsumer, DoubleFunction, DoublePredicate, DoubleSupplier, DoubleToIntFunction, DoubleToLongFunction, DoubleUnaryOperator, IntBinaryOperator, IntConsumer, IntFunction, IntPredicate, IntSupplier, IntToDoubleFunction, IntToLongFunction, IntUnaryOperator, LongBinaryOperator, LongConsumer,LongFunction, LongPredicate, LongSupplier, LongToDoubleFunction,LongToIntFunction, LongUnaryOperator, ToDoubleBiFunction, ToDoubleFunction,ToIntBiFunction, ToIntFunction, ToLongBiFunction, ToLongFunction 。结合上面的函数式接口，对这些基本类型的函数式接口通过类名就能一眼看出接口的作用。

#### 2.2、创建函数式接口（自定义函数式接口） ####

有时候我们需要自己实现一个函数式接口，做法也很简单，首先你要保证此接口只能有一个函数操作，然后在接口类型上标注注解 @FunctionalInterface 即可。

#### 2.3 类型推导 ####

> 类型推导是 Lambda 表达式的基础，类型推导的过程就是 Lambda 表达式的编译过程

Function strToInt = str -> Integer.parseInt(str);

编译期间，我理解的类型推导的过程如下：

1.  先确定目标类型 Function
2.  Function 作为函数式接口，其方法签名为：Integer apply(String t)检测 str -> Integer.parseInt(str) 是否与方法签名匹配(方法的参数类型、个数、顺序 和返回值类型)
3.  如果不匹配，则报编译错误
4.  这里的目标类型是关键，通过目标类型获取方法签名，然后和 Lambda 表达式做出对比。

#### 2.4、方法引用 ####

方法引用(Method Reference)的基础同样是函数式接口，可以直接作为函数式接口的实现，与 Lambda 表达式有相同的作用，同样依赖于类型推导。方法引用可以看作是只调用一个方法的 Lambda 表达式的简化。

方法引用的语法为： Type::methodName 或者 instanceName::methodName , 构造函数对应的 methodName 为 new。

根据方法的类型，方法引用主要分为一下几种类型，构造方法引用、静态方法引用、实例上实例方法引用、类型上实例方法引用等

1.  构造方法引用

语法为： Type::new 。 如下面的函数为了将字符串转为数组
    
    方法引用写法
    Function strToInt = Integer::new;
    
    Lambda 写法
    Function strToInt = str -> new Integer(str);
    
    传统写法
    Function strToInt = new Function() {
        
        @Override
        public Integer apply(String str) {
        
            return new Integer(str);
        }
    };

1.  数组构造方法引用

语法为： Type[]::new 。如下面的函数为了构造一个指定长度的字符串数组
    
    方法引用写法
    Function fixedArray = String[]::new;
    
    方法引用写法
    Function fixedArray = length -> new String[length];
    
    传统写法
    Function fixedArray = new Function() {
        
        @Override
        public String[] apply(Integer length) {
        
            return new String[length];
        }
    };

1.  静态方法引用

语法为： Type::new 。 如下面的函数同样为了将字符串转为数组
    
    方法引用写法
    Function strToInt = Integer::parseInt;
    
    Lambda 写法
    Function strToInt = str -> Integer.parseInt(str);
    
    传统写法
    Function strToInt = new Function() {
        
        @Override
        public Integer apply(String str) {
        
            return Integer.parseInt(str);
        }
    };

1.  实例上实例方法引用

> 实例也叫对象，就是new出来的堆的内存空间，实例是每个对象专有的，每new一次就分配一次内存

语法为： instanceName::methodName 。如下面的判断函数用来判断给定的姓名是否在列表中存在
    
    List names = Arrays.asList(new String[]{
        "张三", "李四", "王五"});
    
    Predicate checkNameExists = names::contains;
    
    System.out.println(checkNameExists.test("张三"));
    
    System.out.println(checkNameExists.test("张四"));

1.  类型上实例方法引用

语法为： Type::methodName 。运行时引用是指上下文中的对象，如下面的函数来返回字符串的长度
    
    Function calcStrLength = String::length;
    
    System.out.println(calcStrLength.apply("张三"));
    
    List names = Arrays.asList(new String[]{
        "zhangsan", "lisi", "wangwu"});
    
    names.stream().map(String::length).forEach(System.out::println);
    
    又比如下面的函数已指定的分隔符分割字符串为数组
    
    BiFunction split = String::split;
    
    String[] names = split.apply("zhangsan,lisi,wangwu", ",");
    
    System.out.println(Arrays.toString(names));

### 三、Stream 对象 ###

**概念**  
什么是 Stream ? 这里的 Stream 不同于 io 中的 InputStream 和 OutputStream，Stream 位于包 java.util.stream 中， 也是 java 8 新加入的，Stream 只的是一组支持串行并行聚合操作的元素，可以理解为集合或者迭代器的增强版。什么是聚合操作？简单举例来说常见的有平均值、最大值、最小值、总和、排序、过滤等。

Stream 的几个特征：  
单次处理。一次处理结束后，当前Stream就关闭了。

支持并行操作

常见的获取 Stream 的方式

从集合中获取

Collection.stream();

Collection.parallelStream();

静态工厂

Arrays.stream(array)

Stream.of(T …)

IntStream.range()

这里只对 Stream 做简单的介绍，下面会有具体的应用。要说 Stream 与 Lambda 表达式有什么关系，其实并没有什么特别紧密的关系，只是 Lambda 表达式极大的方便了 Stream 的使用。如果没有 Lambda 表达式，使用 Stream 的过程中会产生大量的匿名类，非常别扭。

#### 举例 ####

以下的demo依赖于 Employee 对象，以及由 Employee 对象组成的 List 对象。
    
    public class Employee {
        
        private String name;
    
        private String sex;
    
        private int age;
    
        public Employee(String name, String sex, int age) {
        
            super();
    
            this.name = name;
    
            this.sex = sex;
    
            this.age = age;
    
        }
    
        public String getName() {
        
            return name;
    
        }
    
        public String getSex() {
        
            return sex;
    
        }
    
        public int getAge() {
        
            return age;
    
        }
    
        @Override
    
        public String toString() {
        
            StringBuilder builder = new StringBuilder();
    
            builder.append("Employee {name=").append(name).append(", sex=").append(sex).append(", age=").append(age)
    
                    .append("}");
    
            return builder.toString();
    
        }
    
        public static void main(String[] args) {
        
            List employees = new ArrayList<>();
    
            employees.add(new Employee("张三", "男", 25));
    
            employees.add(new Employee("李四", "女", 24));
    
            employees.add(new Employee("王五", "女", 23));
    
            employees.add(new Employee("周六", "男", 22));
    
            employees.add(new Employee("孙七", "女", 21));
    
            employees.add(new Employee("刘八", "男", 20));
    
            打印所有员工
            Collection 提供了 forEach 方法，供我们逐个操作单个对象。
    
            employees.forEach(e -> System.out.println(e));
            或者
            employees.stream().forEach(e -> System.out.println(e));
    
            按年龄排序
            Collections.sort(employees, (e1, e2) -> e1.getAge() - e2.getAge());
            employees.forEach(e -> System.out.println(e));
            或者
            employees.stream().sorted((e1, e2) -> e1.getAge() - e2.getAge()).forEach(e -> System.out.println(e));
    
            打印年龄最大的女员工
            max/min 返回指定排序条件下最大/最小的元素
    
            Employee maxAgeFemaleEmployee = employees.stream()
    
                    .filter(e -> "女".equals(e.getSex()))
    
                    .max((e1, e2) -> e1.getAge() - e2.getAge())
    
                    .get();
    
            System.out.println(maxAgeFemaleEmployee);
    
            打印出年龄大于20 的男员工
    
            filter 可以过滤出符合条件的元素
    
            employees.stream()
                    .filter(e -> e.getAge() > 20 && "男".equals(e.getSex()))
                    .forEach(e -> System.out.println(e));
    
            打印出年龄最大的2名男员工
            limit 方法截取有限的元素
            employees.stream()
    
                    .filter(e -> "男".equals(e.getSex()))
    
                    .sorted((e1, e2) -> e2.getAge() - e1.getAge())
    
                    .limit(2)
    
                    .forEach(e -> System.out.println(e));
    
            打印出所有男员工的姓名，使用 , 分隔
            map 将 Stream 中所有元素的执行给定的函数后返回值组成新的 Stream
            String maleEmployeesNames = employees.stream()
    
                    .map(e -> e.getName())
    
                    .collect(Collectors.joining(","));
    
            System.out.println(maleEmployeesNames);
    
            统计信息
            IntSummaryStatistics, DoubleSummaryStatistics, LongSummaryStatistics 包含了 Stream 中的汇总数据。
            IntSummaryStatistics stat = employees.stream()
                    .mapToInt(Employee::getAge).summaryStatistics();
    
            System.out.println("员工总数：" + stat.getCount());
            System.out.println("最高年龄：" + stat.getMax());
            System.out.println("最小年龄：" + stat.getMin());
            System.out.println("平均年龄：" + stat.getAverage());
        }
    }

**总结**  
Lambda 表达式确实可以减少很多代码，能提高生产力，当然也有弊端，就是复杂的表达式可读性会比较差，也可能是还不是很习惯的缘故吧，如果习惯了，相信会喜欢上的。凡事都有两面性，就看我们如何去平衡这其中的利弊了，尤其是在一个团队中。

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