掌握 Java 中的 Lambda 表達式綜合指南

Java Lambda 表達式簡介

儘管發布了許多新的 Java 版本，但由於其強大的變革性功能，Java 8 仍然是最廣泛採用的版本之一。 Java 8 中引入的 Lambda 表達式特別受歡迎，因為它們透過支援函數式程式設計使 Java 更加簡潔和高效。此功能允許開發人員用簡化的語法替換冗長的匿名內部類，使程式碼更具可讀性和可維護性。

在本指南中，我們將探討 Lambda 運算式如何簡化程式碼、增強集合中的資料處理，並使 Java 開發人員能夠編寫現代的高效能應用程式。

理解 Lambda 表達式：基礎知識

從本質上講，Lambda 表達式是一種以更簡單的語法表示函數式介面的單一抽象方法的方法。此功能與單一抽象方法 (SAM) 概念一致，該概念允許將具有單一未實作方法的介面視為 Lambda 相容。

Lambda 語法:
Lambda 表達式通常由三個部分組成：

1. 參數清單 – 函數所需的輸入值。
2. 箭頭標記 (->) – 將參數與函數體分開。
3. Body – 執行運算的程式碼區塊，可以是表達式，也可以是大括號括起來的程式碼區塊。

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

Lambda 表達式範例：

• 一個基本的 Lambda 表達式，它接受兩個整數並傳回它們的和：

  (int x, int y) -> x + y

• 接受單一字串並列印它的 Lambda 表達式：

  (String message) -> System.out.println(message)

Java 中的 Lambda 表達式的語法既靈活又直觀，當需要多行程式碼時，開發人員可以在簡潔的單行格式或更詳細的區塊之間進行選擇。

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Lambda 表達式如何簡化 Java 程式碼

在 Java 8 之前，實作 Runnable 或 Comparator 等介面需要匿名內部類別。 Lambda 表達式簡化了這個過程，用更實用的風格取代了樣板程式碼。以下是 Lambda 表達式如何簡化常見任務的比較：

範例 1：將 Lambda 表達式與 Runnable 結合使用

考慮一個簡單的 Runnable 實作。使用匿名內部類別將如下所示：

Runnable r1 = new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Hello world one!");
    }
};

使用 Lambda 表達式，此程式碼可以簡化為：

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

具有通用函數介面的 Lambda 表達式

Java 8 在 java.util.function 套件中引入了一組預先定義的函數介面。這些接口，例如謂詞、函數、消費者和供應商，為 Lambda 表達式提供了基礎，允許開發人員利用函數式程式設計原理。

1. Predicate – 表示一個條件，根據輸入傳回 true 或 false。
2. 函數 – 接受一個參數並產生一個結果。
3. 消費者 – 對單一輸入執行操作而不回傳結果。
4. 供應商 – 提供輸出而不接受任何輸入。

透過將這些介面與 Lambda 表達式結合使用，Java 開發人員可以執行不僅簡潔而且可高度重複使用的操作。

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Lambda 表達式的真實用例

要了解 Lambda 表達式的實際應用，讓我們透過幾個場景來展示它們如何取代冗長的語法、簡化常見操作並增強可讀性。

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可運行的 Lambda 範例

Java中的Runnable介面代表一個可以由執行緒執行的任務。類別必須定義一個名為 run 的無參數方法。以下是 Lambda 表達式如何簡化 Runnable 實作。

可使用匿名內部類別運作:

  (int x, int y) -> x + y

可使用 Lambda 表達式運行:

  (String message) -> System.out.println(message)

使用 Lambda 表達式將五行程式碼減少為一行，突出顯示它們如何簡化 Java 程式碼。

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比較器 Lambda 範例

Comparator 介面通常用來定義集合的排序邏輯。使用 Lambda 表達式，定義自訂排序標準變得更加簡潔直覺。

以姓氏對人員清單進行排序的比較器:

Runnable r1 = new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Hello world one!");
    }
};

Lambda 表達式可以透過更改比較邏輯輕鬆地在排序順序之間切換，例如降序排列：

Runnable r2 = () -> System.out.println("Hello world two!");

這種方法在需要動態排序的應用程式中特別有用，讓開發人員可以根據使用者輸入或其他條件輕鬆交換排序標準。

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將 Lambda 表達式與事件監聽器結合使用

在 GUI 程式設計中，事件監聽器通常用於處理使用者操作。傳統上，需要匿名內部類別，導致程式碼冗長。然而，Lambda 表達式提供了一種更簡潔的方法來實作這些偵聽器。

匿名內部類別的 ActionListener:

Runnable r1 = new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Running with anonymous inner class");
    }
};
r1.run();

帶有 Lambda 表達式的 ActionListener:

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

Lambda 表達式使開發人員能夠直接在一行中實作 ActionListener，增強可讀性並減少樣板程式碼。

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進階用例：使用謂詞過濾

軟體應用程式中的一個常見場景是根據多個標準過濾資料。在 Java 中，可以透過將 Lambda 表達式與 Predicate 介面結合來有效處理此問題，從而允許動態過濾集合。

考慮一個 Person 物件列表，我們要根據不同的條件（例如年齡和性別）進行篩選。

定義基於謂詞的 SearchCriteria 類別:

  (int x, int y) -> x + y

SearchCriteria 類別封裝了篩選清單的常見條件，允許靈活地將不同的篩選器套用至單一集合。

使用濾波條件:

  (String message) -> System.out.println(message)

這種方法消除了對多個 for 迴圈的需要，提供了更乾淨、可重複使用且更易於維護的解決方案。

使用 Lambda 表達式串流 API 和集合

Java 8 的 Stream API 徹底改變了集合的處理方式，特別是透過 Lambda 表達式實現高效的資料過濾、轉換和聚合。流允許延遲處理，僅在需要時處理數據，從而提高大型數據集的效能。

使用 forEach 迴圈

Stream API 中的 forEach 方法提供了傳統 for 迴圈的替代方法，使 Lambda 表達式能夠應用於集合中的每個元素。這是一個迭代 Person 物件列表的範例。

Runnable r1 = new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Hello world one!");
    }
};

使用方法參考:
對於可以重複使用現有方法的情況，Java 允許方法引用，這是一種增強可讀性的簡寫。

Runnable r2 = () -> System.out.println("Hello world two!");

過濾、映射與收集

Stream API 允許將操作連結在一起，使開發人員能夠在單一語句中過濾、映射和收集結果。

範例：過濾與收集:

Runnable r1 = new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Running with anonymous inner class");
    }
};
r1.run();

此程式碼使用 SearchCriteria 類別中定義的條件僅過濾 18 至 25 歲的男性。

使用地圖進行映射和轉換:
map 方法轉換集合中的每個元素，例如透過提取或修改屬性。

Runnable r2 = () -> System.out.println("Running with Lambda Expression");
r2.run();

使用地圖計算:
mapToInt 和 mapToDouble 方法對於數值計算很有幫助。

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

理解流中的懶惰和渴望

流支援惰性操作和急切操作，惰性操作（例如過濾器）僅在需要時應用。這種惰性透過僅處理必要的元素來優化性能。

1. 惰性操作：僅在達到終端操作（如收集）時應用。
2. Eager Operations：對所有元素立即執行，常用於聚合。

惰性求值範例:

  (int x, int y) -> x + y

只處理年齡大於30歲的人，並印出姓氏，體現了懶惰過濾。

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使用流進行並行處理

Java 的平行流方法將任務分配到多個線程，為大型資料集提供顯著的效能提升。

平行流範例:

  (String message) -> System.out.println(message)

並行處理分割工作負載，使運算密集型任務的集合作業更快。

突變與收集結果

由於流本質上是不可變的，因此需要收集結果來保留它們。 collect 方法提供了一種聚合和保留流操作結果的方法。

範例：

Runnable r1 = new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Hello world one!");
    }
};

這裡，過濾後的結果儲存在清單中以供進一步處理，允許開發人員以結構化的方式管理複雜的資料流。

結論：Java 8 中 Lambda 表達式的強大功能

Java 8 的 Lambda 表達式與 Stream API 結合，代表了向函數式程式設計的重大轉變，使程式碼更加簡潔、更具表現力和可維護性。透過取代匿名內部類別、增強集合處理以及支援並行操作，Lambda 表達式已成為編寫現代 Java 應用程式的基石。

歡迎對本文進行任何更正或補充。

感謝您的閱讀！

Runnable r2 = () -> System.out.println("Hello world two!");

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