Java-Lambda表达式基本理解及使用

背景

​ Lambda 表达式是Java 8引入的一个重要特性，它旨在简化函数对象的创建过程，使得Java语言更加简洁、功能更加强大，尤其是在处理集合、流和并发编程中表现突出。Lambda允许将功能作为方法参数或将其赋值给变量，这在函数式编程范式中尤为重要，它促进了行为参数化，即代码可以根据传入的行为（函数）动态变化。

Lambda 表达式（Lambda expression）可以看作是一个匿名函数

Lambda 表达式语法

Lambda表达式的语法结构一般为：

(parameters) -> expression
或者
(parameters) -> {
    statements;
}

• parameters：一个或多个参数，参数之间用逗号分隔，无参数可留空。
• ->：箭头符号，表示“指向”，连接参数列表和主体。
• expression：单个表达式，当Lambda体只有一条语句时可直接使用。
• { statements; }：当Lambda体包含多条语句时，需要用花括号包裹起来，并明确指定返回值（如果有的话）。

// 1. 不需要参数,返回值为 2
() -> 2
// 2. 接收一个参数(数字类型),返回其2倍的值
x -> 2 * x
// 3. 接受2个参数(数字),并返回他们的和
(x, y) -> x + y
// 4. 接收2个int型整数,返回他们的乘积
(int x, int y) -> x * y
// 5. 接受一个 string 对象,并在控制台打印,不返回任何值(看起来像是返回void)
(String s) -> System.out.print(s)

函数式接口

​ 函数式接口是只有一个抽象方法的接口，它是Lambda表达式的基础。Java 8引入了@FunctionalInterface注解来标记这类接口，但即使没有这个注解，只要满足条件的接口也可以作为Lambda的目标类型。

常见的函数式接口

• `Function``：接收一个T类型的输入，产生一个R类型的输出。
• Consumer：接收一个输入参数并执行操作，无返回值。
• Supplier：无参，产生一个结果。
• Predicate：接收一个输入参数，返回一个布尔值。
• UnaryOperator：一元操作符，输入和输出类型相同。
• BinaryOperator：二元操作符，输入和输出类型相同。

Function

​ Function接口代表一个接受一个输入参数，产生一个输出的函数。它有一个抽象方法R apply(T t)。
示例：将字符串转换为大写。

Function<String, String> toUpperCase = String::toUpperCase;
String result = toUpperCase.apply("hello world");
System.out.println(result); // 输出: HELLO WORLD

Consumer

​ Consumer接口代表一个接收单个输入参数并且无返回的操作。它有一个抽象方法void accept(T t)。
示例：打印字符串。

    Consumer<String> printer = System.out::println;
    printer.accept("This is an example of using Consumer."); // 直接打印字符串

Supplier

​ Supplier接口不接受任何参数，但它可以提供一个结果。它有一个抽象方法T get()。
示例：生成随机数。

    Supplier<Integer> randomSupplier = () -> new Random().nextInt(100);
    System.out.println(randomSupplier.get()); // 输出一个0到99之间的随机数

Predicate

​ Predicate接口代表一个布尔值条件，它接受一个输入参数并返回一个布尔值结果。它有一个抽象方法boolean test(T t)。
示例：检查字符串是否为空。

    Predicate<String> isEmpty = String::isEmpty;
    System.out.println(isEmpty.test("")); // 输出: true
    System.out.println(isEmpty.test("not empty")); // 输出: false

UnaryOperator

​ UnaryOperator是一个特殊的Function，它的输入和输出类型相同。
示例：自增操作。

    UnaryOperator<Integer> increment = x -> x + 1;
    System.out.println(increment.apply(10)); // 输出: 11

BinaryOperator

​ BinaryOperator也是一个特殊的Function，用于两个相同类型的操作数，并产生相同类型的结果。
示例：两个整数相加。

    BinaryOperator<Integer> add = Integer::sum;
    System.out.println(add.apply(5, 3)); // 输出: 8

Lambda表达式的基本使用

有返回值函数式接口

    //无参
    @FunctionalInterface
    interface RandomSupplier {
        int getRandom();
    }
    //一个参数
    @FunctionalInterface
    interface SquareFunction {
        int square(int number);
    }
    //两个参数
    @FunctionalInterface
    interface MaxFinder {
        int findMax(int a, int b);
    }
    public static void main(String[] args) {
        RandomSupplier r = () -> new Random().nextInt(100);
        System.out.println(r.getRandom()); // 输出一个0到99的随机数

        SquareFunction square = number -> number * number;
        System.out.println(square.square(5)); // 输出: 25

        MaxFinder maxFinder = (a, b) -> Math.max(a, b);
        System.out.println(maxFinder.findMax(10, 20)); // 输出: 20
    }

无返回值函数式接口

    //无参
    @FunctionalInterface
    interface NoReturnAction {
        void performAction();
    }
    //一个参数
    @FunctionalInterface
    interface SingleParamAction<T> {
        void execute(T param);
    }
    //两个参数
    @FunctionalInterface
    interface DualParamAction<T, U> {
        void apply(T first, U second);
    }
    public static void main(String[] args) {
        NoReturnAction greetUser = () -> System.out.println("欢迎来到我们的平台！");
        greetUser.performAction(); // 执行动作

        SingleParamAction<String> logMessage = message -> System.out.println("记录信息: " + message);
        logMessage.execute("用户登录事件"); // 执行动作并传递参数

        DualParamAction<String, Integer> processOrder = (item, quantity) ->
                System.out.println("处理订单: " + item + ", 数量: " + quantity);
        processOrder.apply("苹果", 10); // 执行动作并传递两个参数
    }

Lambda表达式和匿名内部类的区别

1.所需类型

• Lambda表达式：适用于函数式接口（即只有一个抽象方法的接口）。Lambda表达式能够直接提供这个方法的实现。
• 匿名内部类：可以用于任何类型的类或接口，不限于函数式接口。对于有多个抽象方法的接口或抽象类，必须实现所有抽象方法。

2.使用限制不同

• Lambda表达式：由于其简洁性，通常用于简单操作。不支持复杂的多行语句或声明额外变量（除非在局部作用域内）。
• 匿名内部类：提供了更多的灵活性，可以在其中定义变量、实现复杂的逻辑，甚至包含构造方法。

3.使用原理不同

• Lambda表达式：编译器会自动推断出目标类型，并将其转换为一个函数式接口的实例。Lambda表达式本质上是一种编译器的语法糖，使得代码更加简洁。 编译之后，没有一个单独的.class字节码文件。对应的字节码会在运行的时候动态生成
• 匿名内部类：在编译时会创建一个新的类（没有类名），这个类继承或实现了指定的父类或接口，并在运行时实例化这个新类的对象。

public class LambdaVsAnonymous {

    public static void main(String[] args) {
        List<String> names = Arrays.asList("Alice", "Bob", "Charlie");

        // 使用Lambda表达式遍历列表并打印元素
        names.forEach(name -> System.out.println(name));
        System.out.println("------------------------------");
        // 使用匿名内部类遍历列表并打印元素
        names.forEach(new Consumer<String>() {
            @Override
            public void accept(String name) {
                System.out.println(name);
            }
        });

        // 使用匿名内部类实例化抽象类Shape
        Shape shape = new Shape() {
            @Override
            void draw() {
                System.out.println("绘制形状");
            }
        };
        // 调用抽象方法
        shape.draw();
    }
}
abstract class Shape {
    abstract void draw();
}

Lambda表达式在使用时有一些重要的注意事项

• 类型推断：Java编译器能够根据上下文自动推断Lambda表达式的类型，因此通常不需要显式声明类型。但是，理解其背后的目标类型（通常是函数式接口）对于正确使用Lambda至关重要。
• 函数式接口：Lambda表达式只能用于实现具有一个抽象方法的接口（称为函数式接口）。如果试图将Lambda赋值给非函数式接口，将会导致编译错误。
• 简洁性：Lambda表达式旨在简化代码，通常用于简短的操作。复杂的逻辑应该考虑使用传统方法或分离成多个步骤。
• 访问外部变量：Lambda表达式可以访问其所在范围内的最终变量和有效final变量。这意味着外部变量在Lambda中要么是不可变的，要么在Lambda创建前已经赋值且不再改变。
• 捕获变量：在Java 8中，Lambda表达式通过值捕获外部变量，而在Java 9及以上版本中，也可以通过var关键字声明局部变量，但同样受到不可变性的限制。
• 并行处理：当Lambda表达式用于并行流（例如parallelStream()）时，需要特别注意变量的并发访问问题，避免数据竞争和一致性问题。
• 异常处理：Lambda表达式中可以抛出和处理异常，但需要注意异常传播的规则，特别是在函数式接口方法声明了受检异常时。
• 可序列化：如果Lambda表达式所实现的函数式接口是可序列化的（如Serializable），那么Lambda表达式本身也必须是可序列化的。这可能影响到捕获的外部变量是否可序列化。