Java 8 Lambda 表达式详解
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1. 引言
在 Java 8 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() {@Overridepublic void onSchedule(ScheduleEvent e) { // Event listener implementation goes here...}
});
这里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,Java 8 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处,Java 中的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它函数就可实现特定的功能。JavaScript 就是功能编程语言的典范(闭包)。
Lambda 表达式的加入,使得 Java 拥有了函数式编程的能力。在其它语言中,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,因此它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 而言并不很准确,但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。
- 可以显式声明参数的类型,也可以由编译器自动从上下文推断参数的类型。例如
(int a)
与刚才相同(a)
。 - 参数用小括号括起来,用逗号分隔。例如
(a, b)
或(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,如果不显式指明类型,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类型相同。
4. 方法引用
4.1 从 Lambda 表达式到双冒号操作符
使用 Lambda 表达式,我们已经看到代码可以变得非常简洁。
例如,要创建一个比较器,以下语法就足够了
Comparator c = (Person p1, Person p2) -> p1.getAge().compareTo(p2.getAge());
然后,使用类型推断:
Comparator c = (p1, p2) -> p1.getAge().compareTo(p2.getAge());
但是,我们可以使上面的代码更具表现力和可读性吗?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。 当们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放在 ::
之后,即 目标引用::方法
。比如:
Person::getAge;
在 Person
类中定义的方法 getAge
的方法引用。
然后我们可以使用 Function
对象进行操作:
// 获取 getAge 方法的 Function 对象
Function<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 Java 8 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。Java 8 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:
package com.wuxianjiezh.demo.lambda;@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:
package com.wuxianjiezh.demo.lambda;@FunctionalInterface
public interface WorkerInterface {public void doWork();public void doMoreWork();
}
错误:
Error:(3, 1) java: 意外的 @FunctionalInterface 注释com.wuxianjiezh.demo.lambda.WorkerInterface 不是函数接口在 接口 com.wuxianjiezh.demo.lambda.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:
package com.wuxianjiezh.demo.lambda;@FunctionalInterface
public interface WorkerInterface {public void doWork();
}class WorkTest {public static void main(String[] args) {// 通过匿名内部类调用WorkerInterface work = new WorkerInterface() {@Overridepublic void doWork() {System.out.println("通过匿名内部类调用");}};work.doWork();// 通过 Lambda 表达式调用// Lambda 表达式实际上是一个对象。// 我们可以将 Lambda 表达式赋值给一个变量,就可像其它对象一样调用。work = ()-> System.out.println("通过 Lambda 表达式调用");work.doWork();}
}
运行结果:
通过匿名内部类调用
通过 Lambda 表达式调用
6. Lambda 表达式的例子
6.1 线程初始化
线程可以初始化如下:
// Old way
new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {System.out.println("Hello world");}
}).start();// New way
new Thread(() -> System.out.println("Hello world")
).start();
6.2 事件处理
事件处理可以用 Java 8 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:
// Old way
button.addActionListener(new ActionListener() {@Overridepublic void actionPerformed(ActionEvent e) {System.out.println("Hello world");}
});// New way
button.addActionListener( (e) -> {System.out.println("Hello world");
});
6.3 遍例输出(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 n : list) {System.out.println(n);
}// 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。
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("输出所有数字:");evaluate(list, (n) -> true);System.out.print("不输出:");evaluate(list, (n) -> false);System.out.print("输出偶数:");evaluate(list, (n) -> n % 2 == 0);System.out.print("输出奇数:");evaluate(list, (n) -> n % 2 == 1);System.out.print("输出大于 5 的数字:");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();}
}
运行结果:
输出所有数字:1 2 3 4 5 6 7
不输出:
输出偶数:2 4 6
输出奇数:1 3 5 7
输出大于 5 的数字:6 7
6.4 Stream API 示例
java.util.stream.Stream
接口 和 Lambda 表达式一样,都是 Java 8 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()
的作用就是将 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 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,我们给定一个列表,然后求列表中每个元素的平方和。这个例子中,我们使用了 reduce()
方法,这个方法的主要作用是把 Stream 元素组合起来。
// 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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