Java8新特性: lambda 表达式介绍

一、lambda 表达式介绍

lambda 表达式是 Java 8 的一个新特性，可以取代大部分的匿名内部类，简化了匿名委托的使用，让你让代码更加简洁，优雅。

比较官方的定义是这样的：

lambda 表达式是一个可传递的代码块（或者匿名函数），可以在以后执行一次或多次。

这个匿名函数没有名称，但它有参数列表、函数主体、返回类型，可能还有一个可以抛出的异常列表。 lambda 表达式也可称为 闭包 。

在 Java 中传递一个代码段并不容易，你不能直接传递代码段。Java 是一种面向对象语言，所以必须构造一个对象，这个对象的类需要有一个方法包含所需的代码。接下来就看看 Java 是怎么来处理代码块的。

二、lambda 表达式的语法

ava 中有一个 Comparator 接口用来排序。这是 Java 8 以前的代码形式：

public class LengthComparator implements Comparator {
    @Override
    public int compare(String a, String b) {
        return a.length() - b.length();
    }
}
String[] strArr = new String[]{"abcde", "qwer"};
Arrays.sort(strArr, new LengthComparator());

我们需要定义一个实现了 Comparator 接口的类，并实现里面的 compare() 方法，然后把这个类当做参数传给 sort 方法。

而我们使用 lambda 表达式就可以这样来写：

Arrays.sort(strArr, (String a, String b) -> a.length() - b.length());

其中的 (String a, String b) -> a.length() - b.length() 就是一个 lambda 表达式。

lambda 表达式就是一个代码块，以及必须传入代码的变量规范

lambda 表达式的一些例子：

// 1. 不需要参数,返回值为 5  
() -> 5  
  
// 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),并返回他们的差值  
(x, y) -> x – y  
  
// 4. 接收2个int型整数,返回他们的和  
(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)

再看一个例子加深理解：

// 用匿名内部类的方式来创建线程 
new Thread(new Runnable() { 
    @Override 
    public void run() { 
        System.out.println("hello world"); 
    } 
});


// 使用Lambda来创建线程
new Thread(() -> System.out.println("hello world"));

注意：

如果一个 lambda 表达式只在某些分支返回一个值，而另外一些分支不返回值，这是不合法的。

例如，(int x) -> { if (x>= 0) return 1; } 就不合法

三、函数式接口

Java 中有很多封装代码块的接口，比如上面的 Comparator 或 ActionListener ，lambda 表达式与这些接口是兼容的。

但并不是所有的接口都可以使用 lambda 表达式来实现。 lambda 规定接口中只能有一个需要被实现的方法（只包含一个抽象方法），不是规定接口中只能有一个方法。 这种接口就称为 函数式接口 。

Java 8 中有另一个新特性：default， 被 default 修饰的方法会有默认实现，不是必须被实现的方法，所以不影响 Lambda 表达式的使用。

上面的 Comparator 和 ActionListener ，包括 Runnable 就是只有一个需要被实现的方法的接口。即 函数式接口 。

@FunctionalInterface
public interface Runnable {
    /**
     * When an object implementing interface Runnable is used...
     */
    public abstract void run();
}

我们来观察下 Runnable 接口，接口上面有一个注解 @FunctionalInterface 。

通过观察 @FunctionalInterface 这个注解的源码，可以知道这个注解有以下特点：

1. 该注解只能标记在 有且仅有一个抽象方法 的接口上。

2. JDK8 接口中的静态方法和默认方法，都不算是抽象方法。

3. 接口默认继承 java.lang.Object，所以如果接口显示声明覆盖了 Object 中方法，那么也不算抽象方法。

4. 该注解不是必须的，如果一个接口符合"函数式接口"定义，那么加不加该注解都没有影响。加上该注解能够更好地让编译器进行检查。如果编写的不是函数式接口，但是加上了@FunctionInterface，那么编译器会报错。

我们再来看一下 Comparator 接口的源码：

@FunctionalInterface
public interface Comparator {
    
    int compare(T o1, T o2);

    boolean equals(Object obj);

    default Comparator reversed() {
        return Collections.reverseOrder(this);
    }

    default Comparator thenComparing(Comparator other) {
        Objects.requireNonNull(other);
        return (Comparator & Serializable) (c1, c2) -> {
            int res = compare(c1, c2);
            return (res != 0) ? res : other.compare(c1, c2);
        };
    }

    public static  Comparator nullsFirst(Comparator comparator) {
        return new Comparators.NullComparator<>(true, comparator);
    }
}

这里只贴出来了部分代码，可以看到排除掉接口的中的静态方法、默认方法和覆盖的 Object 中的方法之后，就剩下一个抽象方法  int compare(T o1, T o2); 符合  lambda 函数式接口的规范。

JDK 中提供一些其他的函数接口如下：

四、方法引用

Java awt 包中有一个 Timer 类，作用是经过一段时间就执行一次。 用 lambda 表达式来处理：

Timer timer = new Timer(1000, event -> System.out.println("this time is " + new Date()));

这里面的 lambda 表达式可以这样表示：

Timer timer = new Timer(1000, System.out::println);

表达式 System.out::println 就是一个 方法引用(method reference) ，它指示编译器生成一个函数式接口的实例，覆盖这个接口的抽象方法来调用给定的方法。

方法引用需要用 :: 运算符分隔方法名与对象或类名。主要有3种情况：

1. object::instanceMethod
2. Class::instanceMethod
3. Class::staticMethod

具体解释这里不再叙述

注意：

只有当 lambda 表达式的体只调用一个方法而不做其他操作时，才能把 lambda 表达式重写为 方法引用

五、构造器引用

构造器引用与方法引用很类似，只不过方法名 new。例如，Person::new 是 Person 构造器的一个引用。

假如有一个字符串列表。可以把它转换为一个 Person 对象数组，为此要在各个字符串上调用构造器：

ArrayList names = ... ;
Stream stream = names.stream().map(Person::new);
List people = stream.collect(Collectors.toList());

其中，map 方法会为各个列表元素调用 Person(String) 构造器。这里的 stream 和 map 会在下一篇博客中学习，这篇暂不讨论。

六、变量作用域

看下面这个例子：

public static void repeatMessage(String text, int delay){
    ActionListener listener = event -> 
        {
            System.out.printLn(text);
        };
    new Timer(delay, listener).start();
}

// 调用
repeatMessage("Hello", 1000);

可以看到， lambda 表达式可以捕获外围作用域中变量的值。在 Java 中，要确保所捕获的值是明确定义的，这里有一个重要的限制。在 lambda 表达式中， 只能引用值不会改变的变量 。这是为了保证并发执行过程的安全。

lambda 表达式中捕获的变量必须实际上是 事实最终变量 。就是这个变量初始化之后就不会再为它赋新值。