Java Lambda 表达式学习笔记

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。

Lambda 基本语法

Lambda 的基本结构为 (arguments) -> body,有如下几种情况:

  • 参数类型可推导时,不需要指定类型,如 (a) -> System.out.println(a)
  • 当只有一个参数且类型可推导时,不强制写 (), 如 a -> System.out.println(a)
  • 参数指定类型时,必须有括号,如 (int a) -> System.out.println(a)
  • 参数可以为空,如 () -> System.out.println(“hello”)
  • 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:

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

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

以 Thread 为例说明很容易理解。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。

再看一个比较器的例子,按照传统的写法,如下:

Integer[] a = {1, 8, 3, 9, 2, 0, 5};
Arrays.sort(a, new Comparator<Integer>() {
@Override
public int compare(Integer o1, Integer o2) {
return o1 - o2;
}
});

Lambda 表达式写法如下:

Integer[] a = {1, 8, 3, 9, 2, 0, 5};
Arrays.sort(a, (o1, o2) -> o1 - o2);

JDK中的函数式接口

为了现有的类库能够直接使用 Lambda 表达式,Java 8 以前存在一些接口已经被标注为函数式接口的:

  • 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,带来了常用的函数式接口:

  • Function<T, R> - 函数:输入 T 输出 R
  • BiFunction<T, U, R> - 函数:输入 T 和 U 输出 R 对象
  • Predicate<T> - 断言/判断:输入 T 输出 boolean
  • BiPredicate<T, U> - 断言/判断:输入 T 和 U 输出 boolean
  • Supplier<T> - 生产者:无输入,输出 T
  • Consumer<T> - 消费者:输入 T,无输出
  • BiConsumer<T, U> - 消费者:输入 T 和 U 无输出
  • UnaryOperator<T> - 单元运算:输入 T 输出 T
  • BinaryOperator<T> - 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<R>, DoublePredicate, DoubleSupplier, DoubleToIntFunction, DoubleToLongFunction, DoubleUnaryOperator, IntBinaryOperator, IntConsumer, IntFunction<R>, IntPredicate, IntSupplier, IntToDoubleFunction, IntToLongFunction, IntUnaryOperator, LongBinaryOperator, LongConsumer, LongFunction<R>, LongPredicate, LongSupplier, LongToDoubleFunction, LongToIntFunction, LongUnaryOperator, ToDoubleBiFunction<T, U>, ToDoubleFunction<T>, ToIntBiFunction<T, U>, ToIntFunction<T>, ToLongBiFunction<T, U>, ToLongFunction<T> 。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。

创建函数式接口

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。

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。以下面的代码为例:

Function<String, Integer> 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)
  3. 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)
  4. 如果不匹配,则报编译错误

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。

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。

例如上面曾用到例子:

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

对应的方法引用的写法为

Function<String, Integer> strToInt = Integer::parseInt;

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

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<String, Integer> strToInt = Integer::new;

Lambda 写法

Function<String, Integer> strToInt = str -> new Integer(str);

传统写法

Function<String, Integer> strToInt = new Function<String, Integer>() {
@Override
public Integer apply(String str) {
return new Integer(str);
}
};

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<Integer, String[]> fixedArray = String[]::new;

方法引用写法

Function<Integer, String[]> fixedArray = length -> new String[length];

传统写法

Function<Integer, String[]> fixedArray = new Function<Integer, String[]>() {
@Override
public String[] apply(Integer length) {
return new String[length];
}
};

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<String, Integer> strToInt = Integer::parseInt;

Lambda 写法

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

传统写法

Function<String, Integer> strToInt = new Function<String, Integer>() {
@Override
public Integer apply(String str) {
return Integer.parseInt(str);
}
};

实例上实例方法引用

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<String> names = Arrays.asList(new String[]{"张三", "李四", "王五"});
Predicate<String> checkNameExists = names::contains;
System.out.println(checkNameExists.test("张三"));
System.out.println(checkNameExists.test("张四"));

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<String, Integer> calcStrLength = String::length;
System.out.println(calcStrLength.apply("张三"));
List<String> 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<String, String, String[]> split = String::split;
String[] names = split.apply("zhangsan,lisi,wangwu", ",");
System.out.println(Arrays.toString(names));

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();
}
}
List<Employee> 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。