Java程式設計中使用lambda表達式的奇技淫巧

為什麼要使用Lambda表達式
先看幾個例子：

第一個例子，在一個獨立的執行緒中執行某項任務，我們通常這麼實作：

class Worker implements Runnable {
  public void run() {
    for (int i = 0; i < 100; i++)
      doWork();
  }
  ...
}
 
Worker w = new Worker();
new Thread(w).start();

   

第二個例子，自訂字符串比較的方法（通過字符串長度），一般這麼做：

class LengthComparator implements Comparator<String> {
  public int compare(String first, String second) {
    return Integer.compare(first.length(), second.length());
  }
}
Arrays.sort(strings, new LengthComparator());

第三個例子，在JavaFX中，給一個button添加一個callback：

button.setOnAction(new EventHandler<ActionEvent>() {
  public void handle(ActionEvent event) {
    System.out.println("Thanks for clicking!");
  }
});

這些例子有一個共同點，就是：先定義一段程式碼區塊，傳給某個物件或方法，然後被執行。在Lambda表
達式之前，Java是不允許直接傳遞程式碼區塊的，因為Java是物件導向的，因此必須傳遞一個對象，將要
執行的程式碼區塊封裝到物件裡。

Lambda表達式的語法
將上面第二個例子中的LengthComparator，用Lambda表達式表示為：

(String first, String second) -> Integer.compare(first.length(),
  second.length());

->前為參數列表，其後表達式為表達式語句；語句體不只一行，則將語句體寫在{}中，與普通的函數一樣：

(String first, String second) -> {
  if (first.length() > second.length()) {
    return 1;
  } else if (first.length() == second.length()) {
    return 0;
  } else {
    return -1;
  }
};

如果沒有參數，()還是需要帶上，例如上面的第一個例子，可以表示為：

() -> {
  for (int i = 0; i < 1000; i ++) {
    doWork();
  }
}

如果參數的類型可以從上下文自動推斷，則可以省略：

Comparator<String> comp
  = (first, second) // Same as (String first, String second)
  -> Integer.compare(first.length(), second.length());

如果參數只有一個，且類型可以自動推斷，則小括號()也可以省略：

// Instead of (event) -> or (ActionEvent event) ->
eventHandler<ActionEvent> listener =
  event -> System.out.println("Thanks for clicking!");

式的回傳值的型別是自動推斷的，因此不需要指明；在lambda表達式，某些條件分支中有

回傳值，而其它分支沒有回傳值，是不允許的，如：

(x) -> {
  if (x >= 0) {
    return 1;
  }
}

另外，expression lambda和statement lambda的區別是，expression lambda不需要

寫return關鍵字，Java runtime會將表達式的結果作為返回值返回，而statement lambda是

寫在{}中的表達式，需要使用return關鍵字，例如：

// expression lambda
Comparator<String> comp1 =
  (first, second) -> Integer.compare(first.length(), second.length());
 
// statement lambda
Comparator<String> comp2 = (first, second) ->
  { return Integer.compare(first.length(), second.length());};

Functional Interface

如果一個介面（interface）只有一個抽象方法（abstract method），就稱為

Functional Interface，例如Runnable、Comparator等。

在任何一個需要Functional Interface對象的地方，都可以使用lambda表達式：

Arrays.sort(words,
  (first, second) -> Integer.compare(first.length(), second.length()));

這裡，sort()的第二個參數需要的是一個Comparator對象，而Comparator是

Functional Interface，因此可以直接傳入lambda表達式，在呼叫該物件的compare()方法

時，就是執行該lambda表達式中的語句體；

如果lambda表達式的語句體會拋出異常，則對應的Functional Interface中的抽象方法必須拋出
出了這個異常，否則就需要在lambda表達式中明確捕獲異常：

Runnable r = () -> {
  System.out.println("------");
  try {
    Thread.sleep(10);
  } catch (InterruptedException e) {
    // catch exception
  }
};
 
Callable<String> c = () -> {
  System.out.println("--------");
  Thread.sleep(10);
  return "";
};

Method Reference

如果將lambda表達式的參數作為參數傳遞給一個方法，他們的執行效果是相同的，則該lambda表達式

可以使用Method Reference表達，以下兩種方式是等價的：

(x) -> System.out.println(x)
System.out::println

其中System.out::println被稱為Method Reference。

Method Reference主要有三種形式：

object::instanceMethod

Class::staticMethod

Class::instanceMethod

對於前兩種方式，對應的lambda表達式的參數和methinstanceMethod

對於前兩種方式，對應的lambda表達式的參數和methodod的參數是一致的，例如：

System.out::println
(x) -> System.out.println(x)
 
Math::pow
(x, y) -> Math.pow(x, y)

對於第三種方式，對應的lambda表達式的語句體中，第一個參數作為對象，呼叫method，將其它參數

作為method的參數，例如：

String::compareToIgnoreCase
(s1, s2) -> s1.compareToIgnoreCase(s2)
1.5 Constructor Reference

作為method的參數，例如：

List<String> labels = ...;
Stream<Button> stream = labels.stream().map(Button::new);

Constructor Reference與Method Reference類似，只不過是特殊的method：new，具體調用的是哪個建構函數，由上下文環境決定，例如：

int[]::new
(x) -> new int[x]

Button::new等價於(x) -> Button(x )，所以呼叫的建構子是：Button(x);

除了建立單一對象，也可以建立物件數組，如下面兩種方式等價：

public void repeatMessage(String text, int count) {
  Runnable r = () -> {
    for (int i = 0; i < count; i ++) {
      System.out.println(text);
      Thread.yield();
    }
  };
  new Thread(r).start();
}

變數作用域

lambd表達式會捕捉目前目前作用域下可用的變數，例如：

int matches = 0;
for (Path p : files)
  new Thread(() -> { if (p has some property) matches++; }).start();
  // Illegal to mutate matches

但是這些變數必須是不可變的，為什麼呢？看下面這個例子：

Path first = Paths.get("/usr/bin");
Comparator<String> comp = (first, second) -> Integer.compare(first.length(),
   second.length()); // Error: Variable first already defined

因為可變的變數在lambda表達式中不是線程安全的，這和內部類別的要求是一致的，內部類別中只能引用
外部定義的final變數；

lambda表達式的作用域與嵌套程式碼區塊的作用域是一樣的，所以在lambd表達式中的參數名稱或變數名稱不

能與局部變數衝突，如：

public class Application() {
  public void doWork() {
    Runnable runner = () -> {
      ...;
      System.out.println(this.toString());
      ...
    };
  }
}

如果在lambda表達式中引用this變量，則引用的是創建該lambda表達式的方法的this變量，如：

interface Person {
  long getId();
  default String getName() { return "John Q. Public"; }
}

所以這裡的this.toString()調用的是Application對象的toString()，而不是Runnable
對象的。

Default Method

介面中只能有抽象方法，如果在已有的介面中新增一個方法，則該介面所有的實作類別都需要實作該方法。

Java 8中引入了Default Method的概念，在介面中新增一個default方法，不會破壞現有的接

口規則，介面的實作類別可以選擇重寫或直接繼承該default方法，例如：🎜

public static <T> Comparator<T> comparingInt(ToIntFunction<? super T>
  keyExtractor) {
  Objects.requireNonNull(keyExtractor);
  return (Comparator<T> & Serializable)
   (c1, c2) -> Integer.compare(keyExtractor.applyAsInt(c1),
       keyExtractor.applyAsInt(c2));
}

🎜🎜

Java是允许多继承的，如果一个类的父类中定义的方法和接口中定义的default方法完全相同，或者
一个类的两个接口中定义了完全相同的方法， 则如何处理这种冲突呢？处理规则如下：

如果是父类和接口的方法冲突：以父类中的方法为准，接口中的方法被忽略；
如果两个接口中的default方法冲突，则需要重写该方法解决冲突；

Static Method
Java 8之前，接口中只能定义static变量，Java 8开始，接口中可以添加static方法，比如
Comparator接口新增了一系列comparingXXX的static方法，比如：

public static <T> Comparator<T> comparingInt(ToIntFunction<? super T>
  keyExtractor) {
  Objects.requireNonNull(keyExtractor);
  return (Comparator<T> & Serializable)
   (c1, c2) -> Integer.compare(keyExtractor.applyAsInt(c1),
       keyExtractor.applyAsInt(c2));
}

使用这个static方法，以下两种方式也是等价的：

1、

Arrays.sort(cities, (first, second) -> Integer.compare(first.length(),
  second.length()));

2、

Arrays.sort(cities, Comparator.comparingInt(String::length));

所以，以后我们在设计自己的接口时，不需要再定义单独的工具类（如Collections/Collection)，
在接口中使用static方法就行了。

匿名内部类

在 Java 世界中，匿名内部类 可以实现在应用程序中可能只执行一次的操作。例如，在 Android 应用程序中，一个按钮的点击事件处理。你不需要为了处理一个点击事件单独编写一个独立的类，可以用匿名内部类完成该操作：

Button button = (Button) findViewById(R.id.button1);
button.setOnClickListener(new OnClickListener() {
  
  @Override
  public void onClick(View view) {
    Toast.makeText(MainActivity.this, "Button Clicked", Toast.LENGTH_SHORT).show();
  }
  
});

Lambda 示例

1.Runnable Lambda

来看几个示例， 下面是一个 Runnable 的示例：

public void runnableTest() {
    System.out.println("=== RunnableTest ===");
    // 一个匿名的 Runnable
    Runnable r1 = new Runnable() {
      @Override
      public void run() {
        System.out.println("Hello world one!");
      }
    };
    // Lambda Runnable
    Runnable r2 = () -> System.out.println("Hello world two!");
    // 执行两个 run 函数
    r1.run();
    r2.run();
  }

public void runnableTest() {
  System.out.println("=== RunnableTest ===");
  // 一个匿名的 Runnable
  Runnable r1 = new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
      System.out.println("Hello world one!");
    }
  };
 
  // Lambda Runnable
  Runnable r2 = () -> System.out.println("Hello world two!");
 
  // 执行两个 run 函数
  r1.run();
  r2.run();
}

   

这两个实现方式都没有参数也没有返回值。Runnable lambda 表达式使用代码块的方式把五行代码简化为一个语句。
2.Comparator Lambda

在 Java 中，Comparator 接口用来排序集合。在下面的示例中一个 ArrayList 中包含了一些 Person 对象， 并依据 Person 对象的 surName 来排序。下面是 Person 类中包含的 fields:

public class Person {
  private String givenName;
  private String surName;
  private int age;
  private Gender gender;
  private String eMail;
  private String phone;
  private String address;
}

public class Person {
  private String givenName;
  private String surName;
  private int age;
  private Gender gender;
  private String eMail;
  private String phone;
  private String address;
}

下面是分别用匿名内部类和 Lambda 表达式实现 Comparator 接口的方式：

 
public class ComparatorTest {
  public static void main(String[] args) {
    List<Person> personList = Person.createShortList();
    // 使用内部类实现排序
    Collections.sort(personList, new Comparator<Person>() {
      public int compare(Person p1, Person p2) {
        return p1.getSurName().compareTo(p2.getSurName());
      }
    });
    System.out.println("=== Sorted Asc SurName ===");
    for (Person p : personList) {
      p.printName();
    }
    // 使用 Lambda 表达式实现
    // 升序排列
    System.out.println("=== Sorted Asc SurName ===");
    Collections.sort(personList, (Person p1, Person p2) -> p1.getSurName().compareTo(p2.getSurName()));
    for (Person p : personList) {
      p.printName();
    }
    // 降序排列
    System.out.println("=== Sorted Desc SurName ===");
    Collections.sort(personList, (p1, p2) -> p2.getSurName().compareTo(p1.getSurName()));
    for (Person p : personList) {
      p.printName();
    }
  }
}

public class ComparatorTest {
  public static void main(String[] args) {
    List<Person> personList = Person.createShortList();
  
    // 使用内部类实现排序
    Collections.sort(personList, new Comparator<Person>() {
      public int compare(Person p1, Person p2) {
        return p1.getSurName().compareTo(p2.getSurName());
      }
    });
  
    System.out.println("=== Sorted Asc SurName ===");
    for (Person p : personList) {
      p.printName();
    }
  
    // 使用 Lambda 表达式实现
  
    // 升序排列
    System.out.println("=== Sorted Asc SurName ===");
    Collections.sort(personList, (Person p1, Person p2) -> p1.getSurName().compareTo(p2.getSurName()));
    for (Person p : personList) {
      p.printName();
    }
  
    // 降序排列
    System.out.println("=== Sorted Desc SurName ===");
    Collections.sort(personList, (p1, p2) -> p2.getSurName().compareTo(p1.getSurName()));
    for (Person p : personList) {
      p.printName();
    }
  }
}

   

可以看到 匿名内部类可以通过 Lambda 表达式实现。注意 第一个 Lambda 表达式定义了参数的类型为 Person；而第二个 Lambda 表达式省略了该类型定义。Lambda 表达式支持类型推倒，如果通过上下文可以推倒出所需要的类型，则可以省略类型定义。这里由于 我们把 Lambda 表达式用在一个使用泛型定义的 Comparator 地方，编译器可以推倒出这两个参数类型为 Person 。

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