Java Lambda 表達式詳解及範例程式碼

Java Lambda 表達式是Java 8 引入的一個新的功能，可以說是模擬函數式程式設計的一個語法糖，類似於Javascript 中的閉包，但又有些不同，主要目的是提供一個函數化的語法來簡化我們的編碼。

Lambda 基本語法

Lambda 的基本結構為(arguments) -> body，有以下幾種情況：

參數類型可推導時，不需要指定類型，如(a) -> System.out.println(參數類型可推導時，不需要指定類型，如(a) -> System.out.println( a)

當只有一個參數且類型可推導時，不強制寫(), 如a -> System.out.println(a)

參數指定類型時，必須有括號，如(int a) -> System.out.println(a)

參數可以為空，如() -> System.out.println(“hello”)

body 需要用{} 包含語句，當只有一條語句時{} 可省略

常見的寫法如下：

(a) -> a * a
(int a, int b) -> a + b
(a, b) -> {return a - b;}
() -> System.out.println(Thread.currentThread().getId())

函數式介面FunctionalInterface

概念

Java Lambda 表達式以函數式介面為基礎。什麼是函數式介面（FunctionalInterface）？ 簡單說來就是只有一個方法（函數）的接口，這類接口的目的是為了一個單一的操作，也就相當於一個單一的函數了。常見的介面如：Runnable, Comparator 都是函數式接口，並且都標註了註解 @FunctionalInterface 。

舉例

以 Thread 為例說明很容易理解。 Runnable 介面是我們執行緒程式設計時常用的一個接口，就包含一個方法 void run()，這個方法就是執行緒的運行邏輯。按照以前的語法，我們新建線程一般要用到Runnable 的匿名類，如下：

new Thread(new Runnable() {
  @Override
  public void run() {
    System.out.println(Thread.currentThread().getId());
  }
 
}).start();

如果寫多了，是不是很無聊，而基於Lambda 的寫法則變得簡潔明了，如下：

new Thread(() -> System.out.println(Thread.currentThread().getId())).start();

注意Thread 的參數，Runnable 的匿名實作就透過一句就實現了出來，寫成下面的更好理解

Runnable r = () -> System.out.println(Thread.currentThread().getId());
new Thread(r).start();

當然Lambda 的目的不僅僅是寫起來簡潔，更高層次的目的等體會到了再總結。

再看一個比較器的例子，依照傳統的寫法，如下：

Integer[] a = {1, 8, 3, 9, 2, 0, 5};
Arrays.sort(a, new Comparator<Integer>() {
  @Override
  public int compare(Integer o1, Integer o2) {
    return o1 - o2;
  }
});

Lambda 表達式寫法如下：

Integer[] a = {1, 8, 3, 9, 2, 0, 5} ;
Arrays.sort(a, (o1, o2) -> o1 - o2);

JDK中的函數式介面

為了現有的類別庫能夠直接使用Lambda 表達式，Java 8 以前存在一些介面已標註為函數式介面的：

java.lang.Runnable

java.util.Comparator

java.util.concurrent.Callable

java.io.FileFilterpid🜵

. beans.PropertyChangeListener

Java 8 中更是新增加了一個包java.util.function，帶來了常用的函數式介面：

Function - 函數：輸入T 輸出R

BiFunction - 函數：輸入T 和U 輸出R 物件

Predicate - 斷言/判斷：輸入T 輸出boolean

BiPredicate - 斷言/判斷：輸入T 和U 輸出booleanT 和U 輸出boolean

Supplier - 生產者：無輸入，輸出T

Consumer - 消費者：輸入T，無輸出

BiConsumer - 消費者：輸入T 和U 無輸出

UnaryOperator - 單元運算：輸入T 輸出T

BinaryOperator - 二元運算：輸入T 和T 輸出T

另外還對基本類型的處理增加了更具體的函數是接口，包括： BooleanSupplier, DoubleBinaryOperator, DoubleConsumer, DoubleFunction, DoublePredicate, DoubleSupplier, DoubleToIntFunction, DoubleToLongFunction, DoubleUnaryOperator, IntBinaryOperator, IntConsumer, Intunc. IntUnaryOperator, LongBinaryOperator, LongConsumer,LongFunction, LongPredicate , LongSupplier, LongToDoubleFunction,LongToIntFunction, LongUnaryOperator, ToDoubleBiFunction, ToDoubleFunction,ToIntBiFunction, ToIntFunction, ToLongBiFunction, ToIntFunction, ToLongBiFunction, ToLunction

創建函數式接口

有時我們需要自己實現一個函數式接口，做法也很簡單，首先你要保證此接口只能有一個函數操作，然後在接口類型上標註註解 @FunctionalInterface 即可。

類型推導

類型推導是 Lambda 表達式的基礎，類型推導的過程就是 Lambda 表達式的編譯過程。以下面的程式碼為例：

Function strToInt = str -> Integer.parseInt(str);
编译期间，我理解的类型推导的过程如下：

先确定目标类型 Function

Function 作为函数式接口，其方法签名为：Integer apply(String t)

检测 str -> Integer.parseInt(str) 是否与方法签名匹配（方法的参数类型、个数、顺序 和返回值类型）

如果不匹配，则报编译错误

这里的目标类型是关键，通过目标类型获取方法签名，然后和 Lambda 表达式做出对比。

方法引用

方法引用(Method Reference)的基础同样是函数式接口，可以直接作为函数式接口的实现，与 Lambda 表达式有相同的作用，同样依赖于类型推导。方法引用可以看作是只调用一个方法的 Lambda 表达式的简化。

方法引用的语法为： Type::methodName 或者 instanceName::methodName , 构造函数对应的 methodName 为 new。

例如上面曾用到例子：

Function strToInt = str -> Integer.parseInt(str);

对应的方法引用的写法为

Function strToInt = Integer::parseInt;

根据方法的类型，方法引用主要分为一下几种类型，构造方法引用、静态方法引用、实例上实例方法引用、类型上实例方法引用等

构造方法引用

语法为： Type::new 。 如下面的函数为了将字符串转为数组

方法引用写法

Function strToInt = Integer::new;

Lambda 写法

Function strToInt = str -> new Integer(str);

传统写法

Function<String, Integer> strToInt = new Function<String, Integer>() {
  @Override
  public Integer apply(String str) {
    return new Integer(str);
  }
};

数组构造方法引用

语法为： Type[]::new 。如下面的函数为了构造一个指定长度的字符串数组

方法引用写法

Function fixedArray = String[]::new;

方法引用写法

Function fixedArray = length -> new String[length];

传统写法

Function<Integer, String[]> fixedArray = new Function<Integer, String[]>() {
  @Override
  public String[] apply(Integer length) {
    return new String[length];
  }
};

静态方法引用

语法为： Type::new 。 如下面的函数同样为了将字符串转为数组

方法引用写法

Function strToInt = Integer::parseInt;

Lambda 写法

Function strToInt = str -> Integer.parseInt(str);

传统写法

Function<String, Integer> strToInt = new Function<String, Integer>() {
  @Override
  public Integer apply(String str) {
    return Integer.parseInt(str);
  }
};

实例上实例方法引用

语法为： instanceName::methodName 。如下面的判断函数用来判断给定的姓名是否在列表中存在

List names = Arrays.asList(new String[]{"张三", "李四", "王五"});
Predicate checkNameExists = names::contains;
System.out.println(checkNameExists.test("张三"));
System.out.println(checkNameExists.test("张四"));

类型上实例方法引用

语法为： Type::methodName 。运行时引用是指上下文中的对象，如下面的函数来返回字符串的长度

Function<String, Integer> calcStrLength = String::length;
System.out.println(calcStrLength.apply("张三"));
List<String> names = Arrays.asList(new String[]{"zhangsan", "lisi", "wangwu"});
names.stream().map(String::length).forEach(System.out::println);<br>

   

又比如下面的函数已指定的分隔符分割字符串为数组

BiFunction split = String::split;
String[] names = split.apply("zhangsan,lisi,wangwu", ",");
System.out.println(Arrays.toString(names));

Stream 对象

概念

什么是 Stream ? 这里的 Stream 不同于 io 中的 InputStream 和 OutputStream，Stream 位于包 java.util.stream 中， 也是 java 8 新加入的，Stream 只的是一组支持串行并行聚合操作的元素，可以理解为集合或者迭代器的增强版。什么是聚合操作？简单举例来说常见的有平均值、最大值、最小值、总和、排序、过滤等。

Stream 的几个特征：

单次处理。一次处理结束后，当前Stream就关闭了。
支持并行操作
常见的获取 Stream 的方式

从集合中获取

Collection.stream();
Collection.parallelStream();

静态工厂

Arrays.stream(array)
Stream.of(T …)
IntStream.range()
这里只对 Stream 做简单的介绍，下面会有具体的应用。要说 Stream 与 Lambda 表达式有什么关系，其实并没有什么特别紧密的关系，只是 Lambda 表达式极大的方便了 Stream 的使用。如果没有 Lambda 表达式，使用 Stream 的过程中会产生大量的匿名类，非常别扭。

举例

以下的demo依赖于 Employee 对象，以及由 Employee 对象组成的 List 对象。

public class Employee {
 
  private String name;
  private String sex;
  private int age;
 
  public Employee(String name, String sex, int age) {
    super();
    this.name = name;
    this.sex = sex;
    this.age = age;
  }
  public String getName() {
    return name;
  }
 
  public String getSex() {
    return sex;
  }
  public int getAge() {
    return age;
  }
  @Override
  public String toString() {
    StringBuilder builder = new StringBuilder();
    builder.append("Employee {name=").append(name).append(", sex=").append(sex).append(", age=").append(age)
        .append("}");
    return builder.toString();
  }
}
List<Employee> employees = new ArrayList<>();
employees.add(new Employee("张三", "男", 25));
employees.add(new Employee("李四", "女", 24));
employees.add(new Employee("王五", "女", 23));
employees.add(new Employee("周六", "男", 22));
employees.add(new Employee("孙七", "女", 21));
employees.add(new Employee("刘八", "男", 20));

   

打印所有员工

Collection 提供了 forEach 方法，供我们逐个操作单个对象。

employees.forEach(e -> System.out.println(e)); 
或者
employees.stream().forEach(e -> System.out.println(e));

按年龄排序

Collections.sort(employees, (e1, e2) -> e1.getAge() - e2.getAge());
employees.forEach(e -> System.out.println(e));
或者
employees.stream().sorted((e1, e2) -> e1.getAge() - e2.getAge()).forEach(e -> System.out.println(e));
打印年龄最大的女员工

max/min 返回指定排序条件下最大/最小的元素

Employee maxAgeFemaleEmployee = employees.stream()
    .filter(e -> "女".equals(e.getSex()))
    .max((e1, e2) -> e1.getAge() - e2.getAge())
    .get();
System.out.println(maxAgeFemaleEmployee);

   

打印出年龄大于20 的男员工

filter 可以过滤出符合条件的元素

employees.stream()
        .filter(e -> e.getAge() > 20 && "男".equals(e.getSex()))
        .forEach(e -> System.out.println(e));
打印出年龄最大的2名男员工

limit 方法截取有限的元素

employees.stream()
    .filter(e -> "男".equals(e.getSex()))
    .sorted((e1, e2) -> e2.getAge() - e1.getAge())
    .limit(2)
    .forEach(e -> System.out.println(e));

   

打印出所有男员工的姓名，使用 , 分隔

map 将 Stream 中所有元素的执行给定的函数后返回值组成新的 Stream

String maleEmployeesNames = employees.stream()
    .map(e -> e.getName())
    .collect(Collectors.joining(","));
System.out.println(maleEmployeesNames);

   

统计信息

IntSummaryStatistics, DoubleSummaryStatistics, LongSummaryStatistics 包含了 Stream 中的汇总数据。

IntSummaryStatistics stat = employees.stream()
    .mapToInt(Employee::getAge).summaryStatistics();
System.out.println("员工总数：" + stat.getCount());
System.out.println("最高年龄：" + stat.getMax());
System.out.println("最小年龄：" + stat.getMin());
System.out.println("平均年龄：" + stat.getAverage());

   

总结

Lambda 表达式确实可以减少很多代码，能提高生产力，当然也有弊端，就是复杂的表达式可读性会比较差，也可能是还不是很习惯的缘故吧，如果习惯了，相信会喜欢上的。凡事都有两面性，就看我们如何去平衡这其中的利弊了，尤其是在一个团队中。

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