Stream流、 方法引用

Stream流、 方法引用

第一章 Stream流

说到Stream便容易想到I/O Stream， 而实际上， 谁规定“流”就一定是“IO流”呢？ 在Java 8中， 得益于Lambda所带
来的函数式编程， 引入了一个全新的Stream概念， 用于解决已有集合类库既有的弊端。

1.1 引言

传统集合的多步遍历代码几乎所有的集合（如 Collection 接口或 Map 接口等） 都支持直接或间接的遍历操作。 而当我们需要对集合中的元素进行操作的时候， 除了必需的添加、 删除、 获取外， 最典型的就是集合遍历。 例如：

import java. util. ArrayList;
import java. util. List;
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("张三");
        list.add("李四");
        list.add("赵五");
        list.add("张老六");
        for (String name : list) {
            System.out.println(name);
        }
    }
}
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这是一段非常简单的集合遍历操作： 对集合中的每一个字符串都进行打印输出操作。

循环遍历的弊端

Java 8的Lambda让我们可以更加专注于做什么（What） ， 而不是怎么做（How） ， 这点此前已经结合内部类进行了对比说明。

现在， 我们仔细体会一下上例代码， 可以发现：

for循环的语法就是“怎么做”

for循环的循环体才是“做什么”

为什么使用循环？ 因为要进行遍历。 但循环是遍历的唯一方式吗？ 遍历是指每一个元素逐一进行处理， 而并不是从第一个到最后一个顺次处理的循环。 前者是目 的， 后者是方式。

试想一下， 如果希望对集合中的元素进行筛选过滤：

1. 将集合A根据条件一过滤为子集B；

2. 然后再根据条件二过滤为子集C。

那怎么办？ 在Java 8之前的做法可能为：

import java.util.ArrayList;
import java. util. List;
public class Demo {
    public static void main(String[ ] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>() ;
        list. add("张无忌") ;
        list. add("周芷若") ;
        list. add("赵敏") ;
        list. add("张强") ;
        list. add("张三丰") ;
        List<String> zhangList = new ArrayList<>() ;
        for (String name : list) {
            if (name. startsWith("张") ) {
                zhangList. add(name) ;
            }
        }
        List<String> shortList = new ArrayList<>() ;
        for (String name : zhangList) {
            if (name. length() == 3) {
                shortList. add(name) ;
            }
        }
        for (String name : shortList) {
            System. out. println(name) ;
        }
    }
}
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这段代码中含有三个循环， 每一个作用不同：

1. 首先筛选所有姓张的人；

2. 然后筛选名字有三个字的人；

3. 最后进行对结果进行打印输出。

每当我们需要对集合中的元素进行操作的时候， 总是需要进行循环、 循环、 再循环。 这是理所当然的么？ 不是。 循环是做事情的方式， 而不是目 的。 另一方面， 使用线性循环就意味着只能遍历一次。 如果希望再次遍历， 只能再使用另一个循环从头开始。那， Lambda的衍生物Stream能给我们带来怎样更加优雅的写法呢？

Stream的更优写法

import java. util. ArrayList;
import java. util. List;

public class Demo {
    public static void main(String[ ] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>() ;

        list. add("张无忌") ;
        list. add("周芷若") ;
        list. add("赵敏") ;
        list. add("张强") ;
        list. add("张三丰") ;
        list. stream()
                .filter(s -> s.startsWith("张"))
                .filter(s -> s. length() == 3)
                .forEach(System. out:: println) ;
    }
}
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直接阅读代码的字面意思即可完美展示无关逻辑方式的语义： 获取流、 过滤姓张、 过滤长度为3、 逐一打印。 代码中并没有体现使用线性循环或是其他任何算法进行遍历， 我们真正要做的事情内容被更好地体现在代码中。

1.2 流式思想概述

注意： 请暂时忘记对传统IO流的固有印象！

整体来看， 流式思想类似于工厂车间的“生产流水线”。

当需要对多个元素进行操作（特别是多步操作） 的时候， 考虑到性能及便利性， 我们应该首先拼好一个“模型”步骤方案， 然后再按照方案去执行它。

注： “Stream流”其实是一个集合元素的函数模型， 它并不是集合， 也不是数据结构， 其本身并不存储任何元素（或其地址值） 。

Stream（流） 是一个来自数据源的元素队列

元素是特定类型的对象， 形成一个队列。 Java中的Stream并不会存储元素， 而是按需计算。数据源流的来源。 可以是集合，数组 等。和以前的Collection操作不同， Stream操作还有两个基础的特征：

• Pipelining: 中间操作都会返回流对象本身。 这样多个操作可以串联成一个管道， 如同流式风格（fluentstyle） 。 这样做可以对操作进行优化， 比如延迟执行(laziness)和短路( short-circuiting)。
• 内部迭代： 以前对集合遍历都是通过Iterator或者增强for的方式, 显式的在集合外部进行迭代， 这叫做外部迭代。 Stream提供了内部迭代的方式， 流可以直接调用遍历方法。

当使用一个流的时候， 通常包括三个基本步骤： 获取一个数据源（source） → 数据转换→执行操作获取想要的结果， 每次转换原有 Stream 对象不改变， 返回一个新的 Stream 对象（可以有多次转换） ， 这就允许对其操作可以像链条一样排列， 变成一个管道。

1.3 获取流

java. util. stream. Stream 是Java 8新加入的最常用的流接口。 （这并不是一个函数式接口。 ）

获取一个流非常简单， 有以下几种常用的方式：

• 所有的 Collection 集合都可以通过 stream 默认方法获取流；

• Stream 接口的静态方法 of 可以获取数组对应的流。

根据Collection获取流

首先， java. util. Collection 接口中加入了default方法 stream 用来获取流， 所以其所有实现类均可获取流。

import java. util. *;
import java. util. stream. Stream;
public class Demo {
    public static void main(String[ ] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>() ;
        // . . .
        Stream<String> stream1 = list. stream() ;
        Set<String> set = new HashSet<>() ;
        // . . .
        Stream<String> stream2 = set. stream() ;
        Vector<String> vector = new Vector<>() ;
        // . . .
        Stream<String> stream3 = vector. stream() ;
    }
}
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根据Map获取流

java. util. Map 接口不是 Collection 的子接口， 且其K-V数据结构不符合流元素的单一特征， 所以获取对应的流需要分key、 value或entry等情况：

import java.util.HashMap;
import java. util. Map;
import java. util. stream. Stream;
public class Demo{
    public static void main(String[ ] args) {
        Map<String, String> map = new HashMap<>() ;
        // . . .
        Stream<String> keyStream = map. keySet() . stream() ;
        Stream<String> valueStream = map. values() . stream() ;
        Stream<Map. Entry<String, String>> entryStream = map. entrySet() . stream() ;
    }
}
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根据数组获取流

如果使用的不是集合或映射而是数组， 由于数组对象不可能添加默认方法， 所以 Stream 接口中提供了静态方法of ， 使用很简单：

import java.util.stream.Stream;
public class Demo {
    public static void main(String[ ] args) {
        String[ ] array = { "张无忌", "张翠山", "张三丰", "张一元" };
        Stream<String> stream = Stream. of(array) ;
    }
}
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注： of 方法的参数其实是一个可变参数， 所以支持数组

1.4 常用方法

流模型的操作很丰富， 这里介绍一些常用的API。 这些方法可以被分成两种：

• 延迟方法： 返回值类型仍然是 Stream 接口自身类型的方法， 因此支持链式调用。 （除了终结方法外， 其余方
  法均为延迟方法。 ）

• 终结方法： 返回值类型不再是 Stream 接口自身类型的方法， 因此不再支持类似 StringBuilder 那样的链式调
  用。 本小节中， 终结方法包括 count 和 forEach 方法。

逐一处理： forEach

虽然方法名字叫 forEach ， 但是与for循环中的“for-each”昵称不同

void forEach(Consumer<? super T> action) ;
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该方法接收一个 Consumer 接口函数， 会将每一个流元素交给该函数进行处理。

复习Consumer接口

java. util. function. Consumer接口是一个消费型接口。
Consumer接口中包含抽象方法void accept(T t) ， 意为消费一个指定泛型的数据。
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基本使用：

import java. util. stream. Stream;
public class Demo {
    public static void main(String[ ] args) {
        Stream<String> stream = Stream. of("张无忌", "张三丰", "周芷若") ;
        stream. forEach(name-> System. out. println(name) ) ;
    }
}
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过滤： filter

可以通过 filter 方法将一个流转换成另一个子集流。 方法签名：

Stream<T> filter(Predicate<? super T> predicate) ;
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该接口接收一个 Predicate 函数式接口参数（可以是一个Lambda或方法引用） 作为筛选条件

复习Predicate接口

此前我们已经学习过 java. util. stream. Predicate 函数式接口， 其中唯一的抽象方法为：

boolean test(T t) ;
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该方法将会产生一个boolean值结果， 代表指定的条件是否满足。 如果结果为true， 那么Stream流的 filter 方法将会留用元素； 如果结果为false， 那么 filter 方法将会舍弃元素。

基本使用

Stream流中的 filter 方法基本使用的代码如：

import java. util. stream. Stream;
public class Demo07StreamFilter {
    public static void main(String[ ] args) {
        Stream<String> original = Stream. of("张无忌", "张三丰", "周芷若") ;
        Stream<String> result = original. filter(s -> s. startsWith("张") ) ;
    }
}
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映射： map

如果需要将流中的元素映射到另一个流中， 可以使用 map 方法。 方法签名：

<R> Stream<R> map(Function<? super T, ? extends R> mapper) ;
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该接口需要一个 Function 函数式接口参数， 可以将当前流中的T类型数据转换为另一种R类型的流。

复习Function接口

此前我们已经学习过 java. util. stream. Function 函数式接口， 其中唯一的抽象方法为：

R apply(T t) ;
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这可以将一种T类型转换成为R类型， 而这种转换的动作， 就称为“映射”。

基本使用

Stream流中的 map 方法基本使用的代码如：

import java. util. stream. Stream;
public class Demo08StreamMap {
    public static void main(String[ ] args) {
        Stream<String> original = Stream. of("10", "12", "18") ;
        Stream<Integer> result = original. map(str->Integer. parseInt(str) ) ;
    }
}
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这段代码中， map 方法的参数通过方法引用， 将字符串类型转换成为了int类型（并自动装箱为 Integer 类对象） 。

统计个数： count

正如旧集合 Collection 当中的 size 方法一样， 流提供 count 方法来数一数其中的元素个数：

long count() ;
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该方法返回一个long值代表元素个数（不再像旧集合那样是int值） 。 基本使用：

import java. util. stream. Stream;
public class Demo09StreamCount {
    public static void main(String[ ] args) {
        Stream<String> original = Stream. of("张无忌", "张三丰", "周芷若") ;
        Stream<String> result = original. filter(s -> s. startsWith("张") ) ;
        System. out. println(result. count() ) ; // 2
    }
}
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取用前几个： limit

limit 方法可以对流进行截取， 只取用前n个。 方法签名：

Stream<T> limit(long maxSize) ;
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参数是一个long型， 如果集合当前长度大于参数则进行截取； 否则不进行操作。 基本使用：

import java. util. stream. Stream;
public class Demo10StreamLimit {
    public static void main(String[ ] args) {
        Stream<String> original = Stream. of("张无忌", "张三丰", "周芷若") ;
        Stream<String> result = original. limit(2) ;
        System. out. println(result. count() ) ; // 2
    }
}
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跳过前几个： skip

如果希望跳过前几个元素， 可以使用 skip 方法获取一个截取之后的新流：

Stream<T> skip(long n) ;
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如果流的当前长度大于n， 则跳过前n个； 否则将会得到一个长度为0的空流。 基本使用：

import java. util. stream. Stream;
public class Demo11StreamSkip {
    public static void main(String[ ] args) {
        Stream<String> original = Stream. of("张无忌", "张三丰", "周芷若") ;
        Stream<String> result = original. skip(2) ;
        System. out. println(result. count() ) ; // 1
    }
}
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组合： concat

如果有两个流， 希望合并成为一个流， 那么可以使用 Stream 接口的静态方法 concat ：

import java. util. stream. Stream;
public class Demo12StreamConcat {
    public static void main(String[ ] args) {
        Stream<String> streamA = Stream. of("张无忌") ;
        Stream<String> streamB = Stream. of("张翠山") ;
        Stream<String> result = Stream. concat(streamA, streamB) ;
    }
}
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第二章 方法引用

在使用Lambda表达式的时候， 我们实际上传递进去的代码就是一种解决方案： 拿什么参数做什么操作。 那么考虑一种情况： 如果我们在Lambda中所指定的操作方案， 已经有地方存在相同方案， 那是否还有必要再写重复逻辑？

2.1 冗余的Lambda场景

来看一个简单的函数式接口以应用Lambda表达式：

@FunctionalInterface
public interface Printable {
	void print(String str) ;
}
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在 Printable 接口当中唯一的抽象方法 print 接收一个字符串参数， 目 的就是为了打印显示它。 那么通过Lambda来使用它的代码很简单：

import java.awt.print.Printable;
public class Demo01PrintSimple {
    private static void printString(Printable data) {
        data. print("Hello, World! ") ;
    }
    public static void main(String[ ] args) {
        printString(s -> System. out. println(s) ) ;
    }
}
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其中 printString 方法只管调用 Printable 接口的 print 方法， 而并不管 print 方法的具体实现逻辑会将字符串打印到什么地方去。 而 main 方法通过Lambda表达式指定了函数式接口 Printable 的具体操作方案为： 拿到String（类型可推导， 所以可省略） 数据后， 在控制台中输出它。

2.2 问题分析

这段代码的问题在于， 对字符串进行控制台打印输出的操作方案， 明明已经有了现成的实现， 那就是 System. out对象中的 println(String) 方法。 既然Lambda希望做的事情就是调用 println(String) 方法， 那何必自己手动调用呢。

2.3 用方法引用改进代码

否省去Lambda的语法格式（尽管它已经相当简洁） 呢？ 只要“引用”过去就好了：

import java.awt.print.Printable;

public class Demo02PrintRef {
    private static void printString(Printable data) {
        data. print("Hello, World! ") ;
    }
    public static void main(String[ ] args) {
        printString(System. out:: println) ;
    }
}
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请注意其中的双冒号 : : 写法， 这被称为“方法引用”， 而双冒号是一种新的语法。

2.4 方法引用符

双冒号 : : 为引用运算符， 而它所在的表达式被称为方法引用。 如果Lambda要表达的函数方案已经存在于某个方法的实现中， 那么则可以通过双冒号来引用该方法作为Lambda的替代者。
语义分析
例如上例中， System. out 对象中有一个重载的 println(String) 方法恰好就是我们所需要的。 那么对于printString 方法的函数式接口参数， 对比下面两种写法， 完全等效：

• Lambda表达式写法： s -> System. out. println(s) ;
• 方法引用写法： System. out: : println

第一种语义是指： 拿到参数之后经Lambda之手， 继而传递给 System. out. println 方法去处理。

第二种等效写法的语义是指： 直接让 System. out 中的 println 方法来取代Lambda。 两种写法的执行效果完全一样， 而第二种方法引用的写法复用了已有方案， 更加简洁。

注:Lambda 中 传递的参数 一定是方法引用中 的那个方法可以接收的类型,否则会抛出异常

推导与省略
如果使用Lambda， 那么根据“可推导就是可省略”的原则， 无需指定参数类型， 也无需指定的重载形式——它们都将被自动推导。 而如果使用方法引用， 也是同样可以根据上下文进行推导。

函数式接口是Lambda的基础， 而方法引用是Lambda的孪生兄弟。

下面这段代码将会调用 println 方法的不同重载形式， 将函数式接口改为int类型的参数：

@FunctionalInterface
public interface PrintableInteger {
	void print(int str) ;
}
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于上下文变了之后可以自动推导出唯一对应的匹配重载， 所以方法引用没有任何变化：

public class Demo03PrintOverload {
    private static void printInteger(PrintableInteger data) {
        data. print(1024) ;
    }
    public static void main(String[ ] args) {
        printInteger(System. out:: println) ;
    }
}
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这次方法引用将会自动匹配到 println(int) 的重载形式。

2.5 通过对象名引用成员方法

这是最常见的一种用法， 与上例相同。 如果一个类中已经存在了一个成员方法：

public class MethodRefObject {
    public void printUpperCase(String str) {
        System. out. println(str. toUpperCase() ) ;
    }
}
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函数式接口仍然定义为：

@FunctionalInterface
public interface Printable {
	void print(String str) ;
}
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那么当需要使用这个 printUpperCase 成员方法来替代 Printable 接口的Lambda的时候， 已经具有了MethodRefObject 类的对象实例， 则可以通过对象名引用成员方法， 代码为：

import java.awt.print.Printable;
public class Demo04MethodRef {
    private static void printString(Printable lambda) {
        lambda. print("Hello") ;
    }
    public static void main(String[ ] args) {
        MethodRefObject obj = new MethodRefObject() ;
        printString(obj:: printUpperCase) ;
    }
}
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2.6 通过类名称引用静态方法

由于在 java. lang. Math 类中已经存在了静态方法 abs ， 所以当我们需要通过Lambda来调用该方法时， 有两种写法。 首先是函数式接口：

@FunctionalInterface
public interface Calcable {
	int calc(int num) ;
}
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第一种写法是使用Lambda表达式：

public class Demo05Lambda {
    private static void method(int num, Calcable lambda) {
        System.out.println(lambda.calc(num));
    }

    public static void main(String[] args) {
        method(-10, n  -> Math.abs(n) );
    }
}
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但是使用方法引用的更好写法是：

public class Demo06MethodRef {
    private static void method(int num, Calcable lambda) {
        System. out. println(lambda. calc(num) ) ;
    }
    public static void main(String[ ] args) {
        method(-10, Math :: abs) ;
    }
}
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在这个例子中， 下面两种写法是等效的：

• Lambda表达式： n -> Math. abs(n)
• 方法引用： Math: : abs

2.7 通过super引用成员方法

如果存在继承关系， 当Lambda中需要出现super调用时， 也可以使用方法引用进行替代。 首先是函数式接口：

@FunctionalInterface
public interface Greetable {
	void greet() ;
}
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然后是父类 Human 的内容：

public class Human {
    public void sayHello() {
        System. out. println("Hello! ") ;
    }
}
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最后是子类 Man 的内容， 其中使用了Lambda的写法：

public class Man extends Human {
    @Override
    public void sayHello() {
        System. out. println("大家好, 我是Man! ") ;
    }
    //定义方法method, 参数传递Greetable接口
    public void method(Greetable g) {
        g. greet() ;
    }
    public void show() {
        //调用method方法, 使用Lambda表达式
        method(() ->{
                //创建Human对象, 调用sayHello方法
                new Human() . sayHello() ;
                }) ;
        //简化Lambda
        method(() ->new Human() . sayHello() ) ;
        //使用super关键字代替父类对象
        method(() ->super. sayHello() ) ;
    }
}
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但是如果使用方法引用来调用父类中的 sayHello 方法会更好， 例如另一个子类 Woman ：

public class Man extends Human {
    @Override
    public void sayHello() {
        System. out. println("大家好, 我是Man! ") ;
    }
    //定义方法method, 参数传递Greetable接口
    public void method(Greetable g) {
        g. greet() ;
    }
    public void show() {
        method(super:: sayHello) ;
    }
}
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在这个例子中， 下面两种写法是等效的：

• Lambda表达式： () -> super. sayHello()
• 方法引用： super: : sayHello

2.8 通过this引用成员方法

this代表当前对象， 如果需要引用的方法就是当前类中的成员方法， 那么可以使用“this::成员方法”的格式来使用方法引用。 首先是简单的函数式接口：

@FunctionalInterface
public interface Richable {
	void buy() ;
}
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下面是一个丈夫 Husband 类：

public class Husband {
    private void marry(Richable lambda) {
        lambda. buy() ;
    }
    public void beHappy() {
        marry(() -> System. out. println("买套房子") ) ;
    }
}
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开心方法 beHappy 调用了结婚方法 marry ， 后者的参数为函数式接口 Richable ， 所以需要一个Lambda表达式。但是如果这个Lambda表达式的内容已经在本类当中存在了， 则可以对 Husband 丈夫类进行修改：

public class Husband {
    private void buyHouse() {
        System. out. println("买套房子") ;
    }
    private void marry(Richable lambda) {
        lambda. buy() ;
    }
    public void beHappy() {
        marry(() -> this. buyHouse() ) ;
    }
}
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如果希望取消掉Lambda表达式， 用方法引用进行替换， 则更好的写法为：

public class Husband {
    private void buyHouse() {
        System. out. println("买套房子") ;
    }
    private void marry(Richable lambda) {
        lambda. buy() ;
    }
    public void beHappy() {
        marry(this:: buyHouse) ;
    }
}
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在这个例子中， 下面两种写法是等效的：

• Lambda表达式： () -> this. buyHouse()
• 方法引用： this: : buyHouse

2.9 类的构造器引用

由于构造器的名称与类名完全一样， 并不固定。 所以构造器引用使用 类名称: : new 的格式表示。 首先是一个简单的 Person 类

public class Person {
    private String name;
    public Person(String name) {
        this. name = name;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this. name = name;
    }
}
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然后是用来创建 Person 对象的函数式接口：

public interface PersonBuilder {
    Person buildPerson(String name) ;
}
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要使用这个函数式接口， 可以通过Lambda表达式：

public class Demo09Lambda {
    public static void printName(String name, PersonBuilder builder) {
        System. out. println(builder. buildPerson(name) . getName() ) ;
    }
    public static void main(String[ ] args) {
        printName("赵丽颖", name -> new Person(name) ) ;
    }
}
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但是通过构造器引用， 有更好的写法：

public class Demo10ConstructorRef {
    public static void printName(String name, PersonBuilder builder) {
        System. out. println(builder. buildPerson(name) . getName() ) ;
    }
    public static void main(String[ ] args) {
        printName("赵丽颖", Person:: new) ;
    }
}
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在这个例子中， 下面两种写法是等效的：

• Lambda表达式： name -> new Person(name)
• 方法引用： Person: : new

2.10 数组的构造器引用

数组也是 Object 的子类对象， 所以同样具有构造器， 只是语法稍有不同。 如果对应到Lambda的使用场景中时，需要一个函数式接口：

@FunctionalInterface
public interface ArrayBuilder {
	int[ ] buildArray(int length) ;
}
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在应用该接口的时候， 可以通过Lambda表达式：

public class Demo11ArrayInitRef {
    private static int[ ] initArray(int length, ArrayBuilder builder) {
        return builder. buildArray(length) ;
    }
    public static void main(String[ ] args) {
        int[ ] array = initArray(10, length -> new int[length] ) ;
    }
}
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但是更好的写法是使用数组的构造器引用：

public class Demo12ArrayInitRef {
    private static int[ ] initArray(int length, ArrayBuilder builder) {
        return builder. buildArray(length) ;
    }
    public static void main(String[ ] args) {
        int[ ] array = initArray(10, int[ ] :: new) ;
    }
}
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在这个例子中， 下面两种写法是等效的：

• Lambda表达式： length -> new int[ length]
• 方法引用： int[ ] :: new