Lambda 表达式
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JDK 8.0
2024-06-07
Lambda 表达式[1]是推动 Java 8 发布的重要特性，它允许把函数作为一个方法的参数，或者说可以将函数作为参数传递进方法中。
使用 Lambda 表达式可以使代码变得更加简洁紧凑。
一、语法
Lambda 表达式看起来是这样的：
(parameters) -> expression() -> { statements; }(param1) -> (param2) -> Foo::bar有没有一头雾水？让我们先提取一下它的组成部分：
(型参列表) -> { 方法体 }原先复杂的方法调用被简化在一行之内了，这就是 Lambda 表达式的魅力所在。
之所以能这么写，是因为 Lambda 表达式的语法是固定的，只有方法体是可变的。 Lambda 表达式基于一种特殊接口： @FunctionalInferface。这种接口可以有多个默认方法，但是只能有一个抽象方法，例如 Function 类：
@FunctionalInterface
public interface Function<T, R> {
R apply(T t);
}这种接口之所以只能有一个抽象方法，是因为在书写 Lambda 表达式的时候，我们会忽略方法名，只关注方法体。如果有多个抽象方法就会产生歧义，不知道到底应该调用哪个了。
零、闭包[2]
了解闭包的概念可以帮助你理解 Lambda 表达式的结构和内涵。
闭包是一个函数，它可以访问自由变量，即在函数外部定义的变量。这个函数和它所在的环境一起构成了一个闭包。
public class Closure {
public static void main(String[] args) {
int a = 10;
int b = 20;
doProcess(a, i -> System.out.println(i + b));
}
public static void doProcess(int i, Process p) {
p.process(i);
}
}提示
在这个例子中，b 就是一个自由变量，它不是 doProcess 方法的局部变量，但是它被 main 方法中的 Lambda 表达式所引用。
- 闭包的价值在于可以作为函数对象或者匿名函数，持有上下文数据，作为第一级对象进行传递和保存。
- 闭包广泛用于回调函数、函数式编程中。
- 函数可以访问函数外部的变量，并且与它建立联系，可以修改变量和读取到外部对变量的修改。
示例
public class Printer {
private static int times;
public Printer() {
times = 0;
}
public Action printAction(String msg) {
return () -> {
times++;
System.out.println(msg + " " + times);
};
}
}
interface Action {
void print();
}
public class Office {
public static void main(String[] args) {
Printer printer = new Printer();
Action action = printer.printAction("Hello: ");
action.print();
action.print();
action.print();
}
}二、原理
Lambda 表达式是一步步简化而得来的，它的原理是匿名内部类。假设这里有一个 Operation 接口：
@FunctionalInterface
public interface Operation {
int calculate(int a, int b);
}如果我们要实现如上接口的 calculate 抽象方法：
public class Calculator {
public static void main(String[] args) {
Operation add = new Operation() {
@Override
public int calculate(int a, int b) {
return a + b; // 实现 calculate 抽象方法，并完成加法操作
}
};
System.out.println(add.calculate(1, 2)); // 结果为：3
}
}但这有点啰嗦，让我们用基础的 Lambda 表达式写法简化一下，你会发现这很符合直觉：
public class Calculator {
public static void main(String[] args) {
Operation add = (int a, int b) -> {
return a + b; // 同样实现了 calculate 抽象方法，并完成加法操作
};
System.out.println(add.calculate(1, 2)); // 结果为：3
}
}这样写的好处是，我们不需要再去关注 Operation 接口的实现细节，只需要关注 calculate 方法的实现即可。
但这仍然不是最简写法， Lambda 表达式允许我们进一步简化，省略参数类型：
public class Calculator {
public static void main(String[] args) {
Operation add = (a, b) -> {
return a + b; // 省略了 a 和 b 的参数类型，因为编译器可以推断出来，他们只可能是整型
};
System.out.println(add.calculate(1, 2)); // 结果为：3
}
}好，我们接近 Lambda 表达式的最终形态了，只需要最后一步——省略 return 关键字和大括号即可：
public class Calculator {
public static void main(String[] args) {
Operation add = (a, b) -> a + b; // 省略了 return 和大括号，因为方法体只有一行代码，可以省略大括号
System.out.println(add.calculate(1, 2)); // 结果为：3
}
}注意
当 Lambda 表达式的方法体只有一条语句时，才可以省略大括号。如果有多条语句，则不能省略。
最后，让我们观察一下实现相同功能时，使用 Lambda 表达式前后的代码块变化：
Operation add = new Operation() {
@Override
public int calculate(int a, int b) {
return a + b;
}
};Operation add = (a, b) -> a + b;是不是很神奇？可以看到，Lambda 表达式的写法明显简洁了许多，且更加符合直觉。
如果你的方法没有返回值，你也可以是用同样的方法书写。如下，我们打印出 a + b 的结果，而不是返回它：
@FunctionalInterface
public interface Operation {
int calculate(int a, int b);
int calculate(int a, int b);
}
public class Calculator {
public static void main(String[] args) {
Operation add = (a, b) -> System.out.println(a + b); // 结构相同
add.calculate(1, 2); // 打印结果为：3
}
}三、使用
3.1 作为参数
Lambda 表达式可以作为参数传递给方法，或者作为方法的返回值。这种传递行为称为函数式编程。
让我们看一个例子，我们有一个 Operation 接口，它有一个 calculate 方法，该方法接受两个整型参数，并返回一个整型结果。我们可以使用 Lambda 表达式来实现 Operation 接口，然后将 Lambda 表达式作为参数传递给 calculate 方法：
public class Calculator {
public static void main(String[] args) {
Operation add = (a, b) -> a + b;
Operation sub = (a, b) -> a - b;
Operation mul = (a, b) -> a * b;
Operation div = (a, b) -> a / b;
// 使用已定义的 Lambda 表达式
System.out.println(calculate(4, 2, add)); // 结果为：6
System.out.println(calculate(4, 2, sub)); // 结果为：2
System.out.println(calculate(4, 2, mul)); // 结果为：8
System.out.println(calculate(4, 2, div)); // 结果为：2
// 传递一个新的 Lambda 表达式
System.out.println(calculate(4, 2, (a, b) -> Math.pow(a, b))); // 结果为：16
}
public static int calculate(int a, int b, Operation operation) {
return operation.calculate(a, b);
}
}3.2 方法引用
Lambda 表达式总是奇形怪状：
Consumer<String> printer = System.out::println;:: 是什么？又是一种从来没有见过的语法！这种语法称为**方法引用，**它的作用就是进一步缩短语句长度，但也可能会让代码变得更加难以理解。在上面的例子中，System.out::println 与 System.out.println() 在效果上是等价的。下面是上方代码不使用方法引用时的样子：
Consumer<String> printer = (s) -> System.out.println(s);使用方法引用的代码稍稍简便了一些，对吧？
方法引用的缺陷
以上两种写法在效果上等价，但在过程上并不完全等价。具体来说，方法引用可能会额外生成对象，这在一些时候可能会导致莫名其妙的崩溃。
方法引用总共支持这些语法：
对象::实例方法类::静态方法类::实例方法让我们来看看这些写法的具体用法。
对象::实例方法
对象::实例方法 的写法可以让你引用一个对象的实例方法。例如，我们可以使用 String::length 来引用 String 类的 length 方法：
public class Calculator {
public static void main(String[] args) {
List<String> strings = Arrays.asList("a", "bb", "ccc");
// 使用方法引用
strings.forEach(System.out::println);
// 不使用方法引用
strings.forEach((s) -> System.out.println(s));
}
}因为 forEach 和 println 方法的参数列表相同，且都无返回值，所以我们可以使用 System.out::println 来引用 println 方法，省去了传递参数的中间过程。
提示
如果你还不了解什么是 forEach，可以去看看我的 流式处理 笔记。
类::静态方法
类::静态方法 的写法可以让你引用一个类的静态方法。例如，我们可以使用 Math::pow 来引用 Math 类的 pow 静态方法：
public class Calculator {
public static void main(String[] args) {
Operation pow = Math::pow;
System.out.println(pow.calculate(4, 2)); // 结果为：16
}
}类::实例方法
类::实例方法 的写法则可以让你引用一个类的实例方法。例如， String 类的 length 并不是一个静态方法，但我们可以在合适的时机使用 String::length 来引用它：
public class Calculator {
public static void main(String[] args) {
List<String> strings = Arrays.asList("a", "bb", "ccc");
// 使用方法引用
strings.sort(String::compareToIgnoreCase);
// 不使用方法引用
strings.sort((s1, s2) -> s1.compareToIgnoreCase(s2));
}
}在上面的例子中，String::compareToIgnoreCase 与 (s1, s2) -> s1.compareToIgnoreCase(s2) 是等价的。因为 compareToIgnoreCase 方法的参数列表与 sort 方法的参数列表相同，且都无返回值。其中， s1 作为调用者，s2 作为参数。
3.3 构造方法引用
构造方法引用较为特殊，它的写法是： 类名::new。例如，我们可以使用 ArrayList::new 来引用 ArrayList 类的构造方法：
public class Calculator {
public static void main(String[] args) {
Supplier<List<String>> supplier = ArrayList::new;
List<String> strings = supplier.get();
}
}