Java8中Lambda表达式的理解与应用

目录

• 简介
• 正文
• 1. lambda的语法
• 2. 为啥引入lambda
• 3. 什么是函数式接口
• 4. 什么是行为参数化
• 5. 手写一个函数式接口
• 6. 常用的函数式接口
• 7. 什么是方法引用
• 8. 什么是构造引用
• 9. lambda表达式中引入外部变量的限制
• 10. lambda的组合操作
• 总结

简介

Lambda表达式是一个可传递的代码块，可以在以后执行一次或多次；

下面贴个对比代码：

// Java8之前：旧的写法
Runnable runnable = new Runnable() {
 @Override
 public void run() {
   System.out.println("old run");
}
};
Thread t = new Thread(runnable);

// Java8之后：新的写法
Runnable runnable1 = ()->{
 System.out.println("lambda run");
};
Thread t1 = new Thread(runnable1);

可以看到，有了lambda，代码变得简洁多了

你可以把lambda当作一个语法糖

下面让我们一起来探索lambda的美好世界吧

正文

1. lambda的语法

下面分别说下语法中的三个组成部分

• 参数: ( Dog dog )
  • 参数类型可省略（当编译器可以自动推导时），比如Comparator<String> comparatorTest = (a, b)->a.length()-b.length();,可以推导出a,b都为String
  • 当参数类型可省略，且只有一个参数时，括弧也可以省略（但是个人习惯保留）
• 符号：->
• 主体：{ System.out.println("javalover"); }
  • 如果是一条语句，则需要加大括号和分号{;}（比如上图所示）
  • 如果是一个表达式，则直接写，啥也不加（比如a.length()- b.length()）

2. 为啥引入lambda

为了简化代码

因为Java是面向对象语言，所以在lambda出现之前，我们需要先构造一个对象，然后在对象的方法中实现具体的内容，再把构造的对象传递给某个对象或方法

但是有了lambda以后，我们可以直接将代码块传递给对象或方法

现在再回头看下开头的例子

可以看到，用了lambda表达式后，少了很多模板代码，只剩下一个代码块（最核心的部分）

3. 什么是函数式接口

就是只定义了一个抽象方法的接口

• 正例：有多个默认方法，但是如果只有一个抽象方法，那它就是函数式接口，示例代码如下

@FunctionalInterface
public interface FunctionInterfaceDemo {
   void abstractFun();
   default void fun1(){
       System.out.println("fun1");    
  }
   default void fun2(){
       System.out.println("fun2");
  }  
}

这里的注解@FunctionalInterface可以省略，但是建议加上，就是为了告诉编译器，这是一个函数式接口，此时如果该接口有多个抽象方法，那么编译器就会报错

• 反例：比如A extends B，A和B各有一个抽象方法，那么A就不是函数式接口，示例代码如下

// 编译器会报错，Multiple non-overriding abstract methods found in XXX
@FunctionalInterface
public interface NoFunctionInterfaceDemo extends FunctionInterfaceDemo{
 void abstractFun2();
}

上面的父接口FunctionInterfaceDemo中已经有了一个抽象方法，此时NoFunctionInterfaceDemo又定义了一个抽象方法，结果编译器就提示了：存在多个抽象方法

在Java8之前，其实我们已经接触过函数式接口

比如Runnable 和 Comparable

只是没有注解@FunctionalInterface。

那这个函数式接口要怎么用呢？

配合lambda食用，效果最佳（就是把lambda传递给函数式接口），示例代码如下：

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

其中用到的函数式接口是Runnable

4. 什么是行为参数化

就是把行为定义成参数，行为就是函数式接口

类似泛型中的类型参数化，类型参数化是把类型定义成参数

行为参数化，通俗点来说：

• 就是用函数式接口做形参
• 然后传入接口的各种实现内容（即lambda表达式）作为实参
• 最后在lambda内实现各种行为（好像又回到多态的那一节了？这也是为啥多态是Java的三大特性的原因之一，应用太广泛了）

这样来看的话，行为参数化和设计模式中的策略模式有点像了（后面章节会分别讲常用的几种设计模式）

下面我们手写一个函数式接口来加深理解吧

5. 手写一个函数式接口

下面我们循序渐进，先从简单的需求开始

• 第一步：比如我们想要读取某个文件，那可以有如下方法：

public static String processFile() throws IOException {
   // Java7新增的语法，try(){}，可自动关闭资源，减少了代码的臃肿
   try( BufferedReader bufferedReader =
       new BufferedReader(new  FileReader("./test.txt"))){
       return bufferedReader.readLine();
  }
}

可以看到，核心的行为动作就是 return bufferedReader.readLine();，表示读取第一行的数据并返回

那如果我们想要读取两行呢？三行？

• 第二步：这时就需要用到上面的函数式接口了，下面就是我们自己编写的函数式接口

@FunctionalInterface
interface FileReadInterface{
// 这里接受一个BufferedReader对象，返回一个String对象
   String process(BufferedReader reader) throws IOException;
}

可以看到，只有一个抽象方法process()，它就是用来处理第一步中的核心动作（读取文件内容）

至于想读取多少内容，那就需要我们在lambda表达式中定义了

• 第三步：接下来我们定义多个lambda表达式，用来传递给函数式接口，其中每个lambda表达式就代表了一种不同的行为，代码如下：

// 读取一行
FileReadInterface fileReadInterface = reader -> reader.readLine();
// 读取两行
FileReadInterface fileReadInterface2 = reader -> reader.readLine() + reader.readLine();

• 第四步：我们需要修改第一步的processFile()，让其接受一个函数式接口，并调用其中的抽象方法，代码如下：

// 参数为第二步我们自己手写的函数式接口
public static String processFile(FileReadInterface fileReadInterface) throws IOException {
       try( BufferedReader bufferedReader =
                new BufferedReader(new FileReader("./test.txt"))){
// 这里我们不再自己定义行为，而是交给函数式接口的抽象方法来处理，然后通过lambda表达式的传入来实现多个行为
         return fileReadInterface.process(bufferedReader);
      }
  }

• 第五步：拼接后，完整代码如下：

public class FileReaderDemo {
   public static void main(String[] args) throws IOException {
// 第三步：
    // lambda表达式1 传给 函数式接口：只读取一行
    FileReadInterface fileReadInterface = reader -> reader.readLine();
// lambda表达式2 传给 函数式接口：只读取两行
    FileReadInterface fileReadInterface2 = reader -> reader.readLine() + reader.readLine();
    // 最后一步： 不同的函数式接口的实现，表现出不同的行为
       String str1 = processFile(fileReadInterface);
       String str2 = processFile(fileReadInterface2);
       System.out.println(str1);
       System.out.println(str2);
  }
// 第四步： 读取文件方法，接受函数式接口作为参数
   public static String processFile(FileReadInterface fileReadInterface) throws IOException {
       try( BufferedReader bufferedReader =
                new BufferedReader(new FileReader("./test.txt"))){
// 调用函数式接口中的抽象方法来处理数据
         return fileReadInterface.process(bufferedReader);
      }
  }
// 第一步：
 public static String processFile() throws IOException {
       try( BufferedReader bufferedReader =
                new BufferedReader(new FileReader("./test.txt"))){
         return bufferReader.readLine();
      }
  }

}

// 第二步： 我们手写的函数式接口
@FunctionalInterface
interface FileReadInterface{
   String process(BufferedReader reader) throws IOException;
}

其实你会发现，我们手写的这个函数式接口，其实就是Function<T>去除泛型化后的接口，如下所示：

@FunctionalInterface
public interface Function<T, R> {
// 都是接受一个参数，返回另一个参数
 R apply(T t);
}

下面我们列出Java中常用的一些函数式接口，你会发现自带的已经够用了，基本不会需要我们自己去写

这里的手写只是为了自己实现一遍，可以加深理解程度

6. 常用的函数式接口

7. 什么是方法引用

我们先看一个例子

前面我们写的lambda表达式，其实还可以简化，比如

// 简化前
Function<Cat, Integer> function = c->c.getAge();
// 简化后
Function<Cat, Integer> function2 = Cat::getAge;

其中简化后的Cat::getAge，我们就叫做方法引用

方法引用就是引用类或对象的方法；

下面我们列出方法引用的三种情况：

• Object::instanceMethod（对象的实例方法）
• Class::staticMethod（类的静态方法）
• Class::instanceMethod（类的实例方法）

像我们上面举的例子就是第三种：类的实例方法

下面我们用代码演示上面的三种方法：

public class ReferenceDemo {
   public static void main(String[] args) {
       // 第一种:引用对象的实例方法
       Cat cat = new Cat(1);
       Function<Cat, Integer> methodRef1 = cat::getSum;
       // 第二种:引用类的静态方法
       Supplier<Integer> methodRef2 = Cat::getAverageAge;
       // 第三种：引用类的实例方法
       Function<Cat, Integer> methodRef3 = Cat::getAge;
  }
}
class Cat {
   int age;

   public Cat(int age) {
       this.age = age;
  }

   // 获取猫的平均年龄
   public static int getAverageAge(){
       return 15;
  }
   // 获取两只猫的年龄总和
   public int getSum(Cat cat){
       return cat.getAge() + this.getAge();
  }

   public int getAge() {
       return age;
  }    public void setAge(int age) {
       this.age = age;
  }
}

为啥要用这个方法引用呢？

方法引用好比lambda表达式的语法糖，语法更加简洁，清晰

一看就知道是调用哪个类或对象的哪个方法

8. 什么是构造引用

上面介绍了方法引用，就是直接引用某个方法

这里的构造引用同理可得，就是引用某个类的构造方法

构造引用的表达式为：Class::new，仅此一种

如果你有多个构造函数，那编译器会自己进行推断参数（你看看，多好，多简洁）

比如下面的代码：

// 这里调用 new Cat()
Supplier<Cat> constructRef1 = Cat::new;
// 这里调用 new Cat(Integer)
Function<Integer, Cat> constructRef2 = Cat::new;

9. lambda表达式中引入外部变量的限制

要求引入lambda表达式中的变量，必须是最终变量，即该变量不会再被修改

比如下面的代码：

public static void main(String[] args) {
 String str = "javalover.cc";
 Runnable runnable = ()->{
   str = "1";// 这里会报错，因为修改了str引用的指向
   System.out.println(str);
}
}

可以看到，lambda表达式引用了外面的str引用，但是又在表达式内部做了修改，结果就报错了

为啥要有这个限制呢？

为了线程安全，因为lambda表达式有一个好处就是只在需要的时候才会执行，而不是调用后立马执行

这样就会存在多个线程同时执行的并发问题

所以Java就从根源上解决：不让变量被修改，都是只读的

那你可能好奇，我不把str的修改代码放到表达式内部可以吗？

也不行，道理是一样的，只要lambda有用到这个变量，那这个变量不管是在哪里被修改，都是不允许的

不然的话，我这边先执行了一次lambda表达式，结果你就改了变量值，那我第二次执行lambda，不就乱了吗

10. lambda的组合操作

最后是lambda的必杀技：组合操作

在这里叫组合或者复合都可以

概述：组合操作就是先用一个lambda表达式，然后再在后面组合另一个lambda表达式，然后再在后面组合另另一个lambda表达式，然后。。。有点像是链式操作

学过JS的都知道Promise，里面的链式操作就和这里的组合操作很像

用过Lombok的朋友，应该很熟悉@Builder注解，其实就是构造者模式

下面我们用代码演示下组合操作：

// 重点代码
public class ComposeDemo {
   public static void main(String[] args) {
       List<Dog> list = Arrays.asList(new Dog(1,2), new Dog(1, 1));
       // 1. 先按年龄排序（默认递增）
    // Dog::getAge, 上面介绍的方法引用
    // comparingInt, 是Comparator的一个静态方法，返回Comparator<T>
    Comparator<Dog> comparableAge = Comparator.comparingInt(Dog::getAge);
       // 2. 如果有相同的年龄，则年龄相同的再按体重排序（如果年龄已经比较出大小，则下面的体重就不会再去比较）
       Comparator<Dog> comparableWeight = Comparator.comparingInt(Dog::getWeight);;
       // 3. 调用list对象的sort方法排序，参数是Comparator<? super Dog>
       list.sort(comparableAge.thenComparing(comparableWeight));
       System.out.println(list);
  }
}
// 非重点代码
class Dog{
   private int age;
   private int weight;

   public Dog(int age, int weight) {
       this.age = age;
       this.weight = weight;
  }

   public int getAge() {
       return age;
  }

   public void setAge(int age) {
       this.age = age;
  }

   public int getWeight() {
       return weight;
  }

   public void setWeight(int weight) {
       this.weight = weight;
  }

   @Override
   public String toString() {
       return "Dog{" +
               "age=" + age +
               ", weight=" + weight +
               '}';
  }
}

输出：[Dog{age=1, weight=1}, Dog{age=1, weight=2}]

比较的流程如下所示：

总结

• lambda的语法:  参数+符合+表达式或语句，比如(a,b)->{System.out.println("javalover.cc");}
• 函数式接口：只有一个抽象方法，最好加@FunctionalInterface，这样编译器可及时发现错误，javadoc也说明这是一个函数式接口（可读性）
• 行为参数化：就是函数式接口作为参数，然后再将lambda表达式传给函数式接口，通过不同的lambda内容实现不同的行为
• 方法引用：lambda的语法糖，总共有三种:
  • Class::instanceMethod（类的实例方法）
  • Object::instanceMethod（对象的实例方法）
  • Class::staticMethod（类的静态方法）
• 构造引用：就一种，编译器自己可判断是哪个构造函数，语法为Class::new
• 在lambda中引入外部变量，必须保证这个变量是最终变量，即不再被修改
• lambda的组合操作，就是链式操作，组合是通过函数式接口的静态方法来组合（静态方法会返回另一个函数式接口的对象）

比如list.sort(comparableAge.thenComparing(comparableWeight));

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