Java Lambda 시작하기 자습서
- 黄舟원래의
- 2017-03-23 10:55:101266검색
Lambda소개
Lambda는 함수형 프로그래밍의 기본 부분으로 오랫동안 다른 프로그래밍 언어(예: Scala)에서 널리 사용되어 왔지만, Java 필드 천천히, Lambda는 Java 8까지 지원되지 않았습니다.
수학적 정의는 무시하고 Lambda를 직접 알아봅시다. 람다 식은 기본적으로 익명 메서드이며 기본 구현은 호출동적 명령을 통해 익명 클래스를 생성합니다. 더 간단한 구문과 작성 스타일을 제공하므로 기능적 인터페이스를 표현식으로 대체할 수 있습니다. 어떤 사람들은 Lambda가 코드를 더 간결하게 만들 수 있으며 전혀 사용할 필요가 없다고 생각합니다. 물론 이 보기도 좋지만 중요한 것은 Lambda가 클로저를 제공한다는 것입니다. 자바. Lamdba의 컬렉션 지원 덕분에 멀티 코어 프로세서 조건에서 Lambda를 통한 컬렉션 순회 성능이 크게 향상되었습니다. 또한 데이터 흐름 방식으로 컬렉션을 처리할 수 있다는 점은 매우 매력적입니다.
Lambda 구문
Lambda의 구문은 매우 간단하며 다음 구조와 유사합니다.
(parameters) -> expression
또는
(parameters) -> { statements; }Lambda 표현식은 세 부분으로 그룹화됩니다. 은 다음과 같습니다.
매개변수: 메소드의 형식 매개변수 목록과 유사하게 여기의 매개변수는 기능적 인터페이스의 매개변수입니다. 여기서 매개변수 유형은 명시적으로 선언되거나 선언되지 않고 JVM에 의해 암시적으로 추론될 수 있습니다. 또한, 추론된 유형이 하나만 있는 경우에는 괄호를 생략할 수 있습니다.
->: "~에 사용된다"라는 의미로 이해 가능
메서드 본문: 표현식 또는 코드 블록일 수 있으며 기능적 인터페이스에서 메서드를 구현합니다. 코드 블록은 값을 반환하거나 아무것도 반환하지 않을 수 있습니다. 여기서 코드 블록은 메서드의 메서드 본문과 동일합니다. 표현식인 경우 값을 반환하거나 아무것도 반환하지 않을 수도 있습니다.
다음 예를 통해 설명합니다.
//示例1：不需要接受参数，直接返回10
()->10
//示例2：接受两个int类型的参数，并返回这两个参数相加的和
(int x,int y)->x+y;
//示例2：接受x,y两个参数，该参数的类型由JVM根据上下文推断出来，并返回两个参数的和
(x,y)->x+y;
//示例3：接受一个字符串，并将该字符串打印到控制到，不反回结果
(String name)->System.out.println(name);
//示例4：接受一个推断类型的参数name，并将该字符串打印到控制台
name->System.out.println(name);
//示例5：接受两个String类型参数，并分别输出，不反回
(String name,String sex)->{System.out.println(name);System.out.println(sex)}
//示例6：接受一个参数x，并返回该该参数的两倍
x->2*xLambda는 어디에 사용됩니까?
[기능적 인터페이스][1]에서 우리는 대상이 람다 식의 유형은 기능적 인터페이스입니다. 모든 람다는 특정 기능적 인터페이스를 통해 주어진 유형과 일치될 수 있습니다. 따라서 람다 표현식은 대상 유형과 일치하는 모든 위치에서 사용할 수 있습니다. 람다 표현식은 기능적 인터페이스의 추상 함수 설명과 동일한 매개변수 유형을 가져야 하며, 해당 반환 유형도 추상 함수의 반환 유형과 호환되어야 합니다. 발생할 수 있는 예외도 함수의 설명 범위로 제한됩니다.
다음으로 사용자 정의 기능 인터페이스의 예를 살펴보겠습니다.
@FunctionalInterface
interface Converter<F, T>{
T convert(F from);
}먼저 기존 방식으로 인터페이스를 사용합니다.
Converter<String ,Integer> converter=new Converter<String, Integer>() {
@Override
public Integer convert(String from) {
return Integer.valueOf(from);
}
};
Integer result = converter.convert("200");
System.out.println(result);분명히 문제가 없습니다. 다음 단계는 Lambda가 등장하는 단계입니다. Lambda를 사용하여 Converter 인터페이스를 구현합니다:
Converter<String ,Integer> converter=(param) -> Integer.valueOf(param);
Integer result = converter.convert("101");
System.out.println(result);위의 예를 통해 Lambda의 사용법을 간단하게 이해했다고 생각합니다. Runnable 데모:
과거에는 다음과 같은 코드를 작성할 수 있었습니다.
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("hello lambda");
}
}).start();경우에 따라 익명 클래스가 많으면 코드가 지저분해 보일 수 있습니다. 이제 Lambda를 사용하여 간결하게 만들 수 있습니다.
new Thread(() -> System.out.println("hello lambda")).start();메서드 참조
메서드 참조는 Lambda 표현식을 작성하는 단순화된 방법입니다. 참조된 메서드는 실제로 Lambda 표현식의 메서드 본문을 구현한 것입니다. 구문 구조는 다음과 같습니다.
ObjectRef::methodName
왼쪽은 클래스 이름 또는 인스턴스 이름일 수 있고, 가운데는 메서드 참조 기호 ":: "이고 오른쪽은 해당 메소드 이름입니다. 메소드 참조는 세 가지 범주로 나뉩니다.
1. 정적 메소드 참조
경우에 따라 다음과 같은 코드를 작성할 수 있습니다.
public class ReferenceTest {
public static void main(String[] args) {
Converter<String ,Integer> converter=new Converter<String, Integer>() {
@Override
public Integer convert(String from) {
return ReferenceTest.String2Int(from);
}
};
converter.convert("120");
}
@FunctionalInterface
interface Converter<F,T>{
T convert(F from);
}
static int String2Int(String from) {
return Integer.valueOf(from);
}
}정적 참조를 사용하면 더 간결한 코드:
Converter<String, Integer> converter = ReferenceTest::String2Int;
converter.convert("120");2. 인스턴스 메소드 참조
다음과 같은 코드를 작성할 수도 있습니다:
public class ReferenceTest {
public static void main(String[] args) {
Converter<String, Integer> converter = new Converter<String, Integer>() {
@Override
public Integer convert(String from) {
return new Helper().String2Int(from);
}
};
converter.convert("120");
}
@FunctionalInterface
interface Converter<F, T> {
T convert(F from);
}
static class Helper {
public int String2Int(String from) {
return Integer.valueOf(from);
}
}
}마찬가지로 인스턴스 메소드 참조를 사용하면 더 간결해 보입니다.
Helper helper = new Helper();
Converter<String, Integer> converter = helper::String2Int;
converter.convert("120");3. 생성자 메서드참조
이제 생성자 메서드의 참조를 보여드리겠습니다. 먼저 상위 클래스 Animal을 정의합니다:
class Animal{
private String name;
private int age;
public Animal(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
public void behavior(){
}
}다음으로 Animal의 두 하위 클래스인 Dog, Bird
public class Bird extends Animal {
public Bird(String name, int age) {
super(name, age);
}
@Override
public void behavior() {
System.out.println("fly");
}
}
class Dog extends Animal {
public Dog(String name, int age) {
super(name, age);
}
@Override
public void behavior() {
System.out.println("run");
}
}를 정의한 다음 팩토리 인터페이스를 정의합니다:
interface Factory<T extends Animal> {
T create(String name, int age);
}다음, Dog 클래스와 Bird 클래스의 객체를 생성하는 데 여전히 전통적인 방법을 사용합니다.
Factory factory=new Factory() {
@Override
public Animal create(String name, int age) {
return new Dog(name,age);
}
};
factory.create("alias", 3);
factory=new Factory() {
@Override
public Animal create(String name, int age) {
return new Bird(name,age);
}
};
factory.create("smook", 2);두 객체를 생성하기 위해 10개 이상의 코드를 작성했지만 이제는 🎜>생성자를 사용합니다. 다음을 인용해 보세요:
Factory<Animal> dogFactory =Dog::new;
Animal dog = dogFactory.create("alias", 4);
Factory<Bird> birdFactory = Bird::new;
Bird bird = birdFactory.create("smook", 3);이렇게 하면 코드가 깨끗하고 깔끔하게 보일 것입니다. Dog::new를 통해 객체를 생성할 때 Factory.create 함수의 시그니처는 해당 생성자를 선택합니다. Lambda의 도메인 및 액세스 제한 Domain은 Lambda 표현식의 매개변수 목록에 있는 매개변수가 Lambda 표현식의 범위(도메인) 내에서 유효합니다. 작업 Lambda 표현식 내에서 외부 변수 (로컬 변수, 클래스 변수, 정적 변수)에 액세스할 수 있지만 작업은 다양한 수준으로 제한됩니다.
访问局部变量
在Lambda表达式外部的局部变量会被JVM隐式的编译成final类型，因此只能访问外而不能修改。
public class ReferenceTest {
public static void main(String[] args) {
int n = 3;
Calculate calculate = param -> {
//n=10; 编译错误
return n + param;
};
calculate.calculate(10);
}
@FunctionalInterface
interface Calculate {
int calculate(int value);
}
}访问静态变量和成员变量
在Lambda表达式内部，对静态变量和成员变量可读可写。
public class ReferenceTest {
public int count = 1;
public static int num = 2;
public void test() {
Calculate calculate = param -> {
num = 10;//修改静态变量
count = 3;//修改成员变量
return n + param;
};
calculate.calculate(10);
}
public static void main(String[] args) {
}
@FunctionalInterface
interface Calculate {
int calculate(int value);
}
}Lambda不能访问函数接口的默认方法
java8增强了接口，其中包括接口可添加default关键词定义的默认方法，这里我们需要注意，Lambda表达式内部不支持访问默认方法。
Lambda实践
在[函数式接口][2]一节中，我们提到java.util.function包中内置许多函数式接口，现在将对常用的函数式接口做说明。
Predicate接口
输入一个参数，并返回一个Boolean值，其中内置许多用于逻辑判断的默认方法:
@Test
public void predicateTest() {
Predicate<String> predicate = (s) -> s.length() > 0;
boolean test = predicate.test("test");
System.out.println("字符串长度大于0:" + test);
test = predicate.test("");
System.out.println("字符串长度大于0:" + test);
test = predicate.negate().test("");
System.out.println("字符串长度小于0:" + test);
Predicate<Object> pre = Objects::nonNull;
Object ob = null;
test = pre.test(ob);
System.out.println("对象不为空:" + test);
ob = new Object();
test = pre.test(ob);
System.out.println("对象不为空:" + test);
}Function接口
接收一个参数，返回单一的结果，默认的方法（andThen）可将多个函数串在一起，形成复合Funtion（有输入，有输出）结果，
@Test
public void functionTest() {
Function<String, Integer> toInteger = Integer::valueOf;
//toInteger的执行结果作为第二个backToString的输入
Function<String, String> backToString = toInteger.andThen(String::valueOf);
String result = backToString.apply("1234");
System.out.println(result);
Function<Integer, Integer> add = (i) -> {
System.out.println("frist input:" + i);
return i * 2;
};
Function<Integer, Integer> zero = add.andThen((i) -> {
System.out.println("second input:" + i);
return i * 0;
});
Integer res = zero.apply(8);
System.out.println(res);
}Supplier接口
返回一个给定类型的结果，与Function不同的是，Supplier不需要接受参数(供应者，有输出无输入)
@Test
public void supplierTest() {
Supplier<String> supplier = () -> "special type value";
String s = supplier.get();
System.out.println(s);
}Consumer接口
代表了在单一的输入参数上需要进行的操作。和Function不同的是，Consumer没有返回值(消费者，有输入，无输出)
@Test
public void consumerTest() {
Consumer<Integer> add5 = (p) -> {
System.out.println("old value:" + p);
p = p + 5;
System.out.println("new value:" + p);
};
add5.accept(10);
}以上四个接口的用法代表了java.util.function包中四种类型，理解这四个函数式接口之后，其他的接口也就容易理解了，现在我们来做一下简单的总结：
Predicate用来逻辑判断，Function用在有输入有输出的地方，Supplier用在无输入，有输出的地方，而Consumer用在有输入，无输出的地方。你大可通过其名称的含义来获知其使用场景。
Stream
Lambda为java8带了闭包，这一特性在集合操作中尤为重要：java8中支持对集合对象的stream进行函数式操作，此外，stream api也被集成进了collection api，允许对集合对象进行批量操作。
下面我们来认识Stream。
Stream表示数据流，它没有数据结构，本身也不存储元素，其操作也不会改变源Stream，而是生成新Stream.作为一种操作数据的接口，它提供了过滤、排序、映射、规约等多种操作方法，这些方法按照返回类型被分为两类：凡是返回Stream类型的方法，称之为中间方法（中间操作），其余的都是完结方法（完结操作）。完结方法返回一个某种类型的值，而中间方法则返回新的Stream。中间方法的调用通常是链式的，该过程会形成一个管道，当完结方法被调用时会导致立即从管道中消费值，这里我们要记住：Stream的操作尽可能以“延迟”的方式运行，也就是我们常说的“懒操作”，这样有助于减少资源占用，提高性能。对于所有的中间操作（除sorted外）都是运行在延迟模式下。
Stream不但提供了强大的数据操作能力，更重要的是Stream既支持串行也支持并行，并行使得Stream在多核处理器上有着更好的性能。
Stream的使用过程有着固定的模式：
创建Stream
通过中间操作，对原始Stream进行“变化”并生成新的Stream
使用完结操作，生成最终结果
也就是
创建——>变化——>完结
Stream的创建
对于集合来说，可以通过调用集合的stream()或者parallelStream()来创建，另外这两个方法也在Collection接口中实现了。对于数组来说，可以通过Stream的静态方法of(T … values)来创建，另外，Arrays也提供了有关stream的支持。
除了以上基于集合或者数组来创建Stream,也可以通过Steam.empty()创建空的Stream,或者利用Stream的generate（）来创建无穷的Stream。
下面我们以串行Stream为例，分别说明Stream几种常用的中间方法和完结方法。首先创建一个List集合：
List<String> lists=new ArrayList<String >();
lists.add("a1");
lists.add("a2");
lists.add("b1");
lists.add("b2");
lists.add("b3");
lists.add("o1");中间方法
过滤器（Filter）
结合Predicate接口，Filter对流对象中的所有元素进行过滤,该操作是一个中间操作，这意味着你可以在操作返回结果的基础上进行其他操作。
public static void streamFilterTest() {
lists.stream().filter((s -> s.startsWith("a"))).forEach(System.out::println);
//等价于以上操作
Predicate<String> predicate = (s) -> s.startsWith("a");
lists.stream().filter(predicate).forEach(System.out::println);
//连续过滤
Predicate<String> predicate1 = (s -> s.endsWith("1"));
lists.stream().filter(predicate).filter(predicate1).forEach(System.out::println);
}排序（Sorted）
结合Comparator接口，该操作返回一个排序过后的流的视图，原始流的顺序不会改变。通过Comparator来指定排序规则，默认是按照自然顺序排序。
public static void streamSortedTest() {
System.out.println("默认Comparator");
lists.stream().sorted().filter((s -> s.startsWith("a"))).forEach(System.out::println);
System.out.println("自定义Comparator");
lists.stream().sorted((p1, p2) -> p2.compareTo(p1)).filter((s -> s.startsWith("a"))).forEach(System.out::println);
}映射（Map）
结合Function接口，该操作能将流对象中的每个元素映射为另一种元素，实现元素类型的转换。
public static void streamMapTest() {
lists.stream().map(String::toUpperCase).sorted((a, b) -> b.compareTo(a)).forEach(System.out::println);
System.out.println("自定义映射规则");
Function<String, String> function = (p) -> {
return p + ".txt";
};
lists.stream().map(String::toUpperCase).map(function).sorted((a, b) -> b.compareTo(a)).forEach(System.out::println);
}在上面简单介绍了三种常用的操作，这三种操作极大简化了集合的处理。接下来，介绍几种完结方法：
完结方法
“变换”过程之后，需要获取结果，即完成操作。下面我们来看相关的操作：
匹配（Match）
用来判断某个predicate是否和流对象相匹配，最终返回Boolean类型结果，例如：
public static void streamMatchTest() {
//流对象中只要有一个元素匹配就返回true
boolean anyStartWithA = lists.stream().anyMatch((s -> s.startsWith("a")));
System.out.println(anyStartWithA);
//流对象中每个元素都匹配就返回true
boolean allStartWithA
= lists.stream().allMatch((s -> s.startsWith("a")));
System.out.println(allStartWithA);
}收集（Collect）
在对经过变换之后，我们将变换的Stream的元素收集，比如将这些元素存至集合中，此时便可以使用Stream提供的collect方法，例如：
public static void streamCollectTest() {
List<String> list = lists.stream().filter((p) -> p.startsWith("a")).sorted().collect(Collectors.toList());
System.out.println(list);
}计数（Count）
类似sql的count，用来统计流中元素的总数，例如：
public static void streamCountTest() {
long count = lists.stream().filter((s -> s.startsWith("a"))).count();
System.out.println(count);
}规约（Reduce）
reduce方法允许我们用自己的方式去计算元素或者将一个Stream中的元素以某种规律关联，例如：
public static void streamReduceTest() {
Optional<String> optional = lists.stream().sorted().reduce((s1, s2) -> {
System.out.println(s1 + "|" + s2);
return s1 + "|" + s2;
});
}执行结果如下：
a1|a2 a1|a2|b1 a1|a2|b1|b2 a1|a2|b1|b2|b3 a1|a2|b1|b2|b3|o1
并行Stream VS 串行Stream
到目前我们已经将常用的中间操作和完结操作介绍完了。当然所有的的示例都是基于串行Stream。接下来介绍重点戏——并行Stream（parallel Stream）。并行Stream基于Fork-join并行分解框架实现，将大数据集合切分为多个小数据结合交给不同的线程去处理，这样在多核处理情况下，性能会得到很大的提高。这和MapReduce的设计理念一致：大任务化小，小任务再分配到不同的机器执行。只不过这里的小任务是交给不同的处理器。
通过parallelStream（）创建并行Stream。为了验证并行Stream是否真的能提高性能，我们执行以下测试代码：
首先创建一个较大的集合：
List<String> bigLists = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
UUID uuid = UUID.randomUUID();
bigLists.add(uuid.toString());
}测试串行流下排序所用的时间：
private static void notParallelStreamSortedTest(List<String> bigLists) {
long startTime = System.nanoTime();
long count = bigLists.stream().sorted().count();
long endTime = System.nanoTime();
long millis = TimeUnit.NANOSECONDS.toMillis(endTime - startTime);
System.out.println(System.out.printf("串行排序: %d ms", millis));
}测试并行流下排序所用的时间：
private static void parallelStreamSortedTest(List<String> bigLists) {
long startTime = System.nanoTime();
long count = bigLists.parallelStream().sorted().count();
long endTime = System.nanoTime();
long millis = TimeUnit.NANOSECONDS.toMillis(endTime - startTime);
System.out.println(System.out.printf("并行排序: %d ms", millis));
}结果如下：
串行排序: 13336 ms 并行排序: 6755 ms
看到这里，我们确实发现性能提高了约么50%，你也可能会想以后都用parallel Stream不久行了么？实则不然，如果你现在还是单核处理器，而数据量又不算很大的情况下，串行流仍然是这种不错的选择。你也会发现在某些情况，串行流的性能反而更好，至于具体的使用，需要你根据实际场景先测试后再决定。
懒操作
上面我们谈到Stream尽可能以延迟的方式运行，这里通过创建一个无穷大的Stream来说明：
首先通过Stream的generate方法来一个自然数序列，然后通过map变换Stream：
//递增序列
class NatureSeq implements Supplier<Long> {
long value = 0;
@Override
public Long get() {
value++;
return value;
}
}
public void streamCreateTest() {
Stream<Long> stream = Stream.generate(new NatureSeq());
System.out.println("元素个数："+stream.map((param) -> {
return param;
}).limit(1000).count());
}执行结果为：
元素个数：1000
我们发现开始时对这个无穷大的Stream做任何中间操作（如：filter,map等，但sorted不行）都是可以的，也就是对Stream进行中间操作并生存一个新的Stream的过程并非立刻生效的（不然此例中的map操作会永远的运行下去，被阻塞住），当遇到完结方法时stream才开始计算。通过limit()方法，把这个无穷的Stream转为有穷的Stream。
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