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Java 8 新特性,快速掌握 Lambda 表达式的使用

Michael翔

概述

阅读项目代码时,尤其是阅读一些源码时,经常会遇到 Lambda 表达式。对此之前看过相关文章,但是停留在模模糊糊的印象上。今天趁着有时间,通过一些 demo 示例,梳理一下它的用法,以备后期遗忘的时候快速查询它的用法!

Lambda 表达式是 Java 8 的重要更新,它支持将代码块作为方法参数、允许使用更简洁的代码来创建只有一个抽象方法的接口的实例。

描述中提到的接口称为函数式接口

语法

Lambda 表达式的主要作用就是可以用于简化创建匿名内部类对象,Lambda 表达式的代码块将会用于实现抽象方法的方法体,Lambda 表达式就相当于一个匿名方法。

Lambda 表达式由三部分组成:

  • 形参列表:形参列表允许省略类型,如果形参列表中只有一个参数,形参列表的圆括号也可以省略;
  • 箭头(->):通过英文画线和大于符号组成;
  • 代码块:如果代码块只有一条语句,花括号可以省略。Lambda 代码块只有一条 return 语句,可以省略 return 关键字,Lambda 表达式会自动返回这条语句的值作为返回值。

示例

interface Eatable {     void taste(); }  interface Flyable {     void fly(String weather); }  interface Addable {     int add(int a, int b); }   public class LambdaQs {     // 调用该方法需要传入一个 Eatable 类型的对象     public void eat(Eatable e) {         System.out.println(e);         e.taste();     }      // 调用该方法需要传入 Flyable 类型的对象     public void drive(Flyable f) {         System.out.println("我正在驾驶:" + f);         f.fly("「夏日晴天」");     }      // 调用该方法需要 Addable 类型的对象     public void calc(Addable add) {         System.out.println("5 + 3 = " + add.add(5, 3));     }      public static void main(String[] args) {         LambdaQs lq = new LambdaQs();         // Lambda 表达式的代码块只有一句,因此省略了花括号         lq.eat(() -> System.out.println("雪糕的味道不错!"));         // Lambda 表达式的形参只有一个参数,因此省略了圆括号         lq.drive(weather -> {             // 对接口中抽象方法 fly 的重写             System.out.println("今天天气是:" + weather);             System.out.println("飞机平稳飞行!");         });         // Lambda 表达式只有一条语句,即使该表达式需要返回值,也可以省略 return         lq.calc((a, b) -> a + b);         // 如果不用 Lambda 表达式,就需要如下匿名类的方式去重写抽象方法         lq.calc(new Addable() {             @Override             public int add(int a, int b) {                 return a + b;             }         });     } } 

输出结果:

oop.lambda.LambdaQs$$Lambda$1/1607521710@7ef20235 雪糕的味道不错! 我正在驾驶:oop.lambda.LambdaQs$$Lambda$2/1329552164@15aeb7ab 今天天气是:「夏日晴天」 飞机平稳飞行! 5 + 3 = 8 5 + 3 = 8 

以上示例可以说明,Lambda 表达式实际上可以被当做一个具体的对象。

Lambda 表达式与函数式接口

Lambda 表达式的类型,也被称为「目标类型(target type)」。Lambda 表达式的目标类型必须是「函数式接口(functional interface)」。函数式接口代表只包含一个抽象方法的接口。函数式接口可以包含多个默认方法、类方法,但仅能声明一个抽象方法。

查询 Java 8 的 API 文档,可以发现大量的函数式接口,例如:Runnable、ActionListener 等接口都是函数式接口。

Java 8 专门为函数式接口提供了 @FunctionalInterface 注解。该注解就是用于告诉编译器校验接口必须是函数式接口,否则就报错。

由于 Lambda 表达式的结果就是被当做对象/实例,因此,可以使用 Lambda 表达式进行赋值,示例:

Runnable r = () -> {     for (int i = 0; i < 100; i++) {         System.out.println(i);     } }; 

我们看一下 Runnable 接口的定义:

@FunctionalInterface public interface Runnable {     public abstract void run(); } 

看一个错误示例:

Object obj = () -> {     for (int i = 0; i < 100; i++) {         System.out.println(i);     } }; 

上面这段代码会报错:Target type of a lambda conversion must be an interface。Lambda 表达式的目标类型必须是明确的函数式接口!将 Lambda 表达式赋值给 Object 类型的变量,编译器只能推断出它的表达类型为 Object,而 Object 并不是函数式接口,因此就报错了!

为了保证 Lambda 表达式的目标类型是明确的函数式接口,有如下三种常见方式:

  • 将 Lambda 表达式赋值给函数式接口类型的变量;
  • 将 Lambda 表达式作为函数式接口类型的参数传给某个方法;
  • 使用函数式接口对 Lambda 表达式进行强制类型转换;

将上面出错的代码可以进行如下的改写:

Object obj1 = (Runnable)() -> {     for (int i = 0; i < 100; i++) {         System.out.println(i);     } }; 

综上,Lambda 表达式的本质很简单,就是使用简单的语法来创建函数式接口的实例,避免匿名内部类的繁琐。

方法引用于构造器引用

如果 Lambda 表达式的代码块只有一条代码,还可以在代码中使用方法引用和构造器引用。

方法引用和构造器引用的好处是使 Lambda 表达式的代码块更加简洁。方法引用和构造器引用都需要使用两个英文冒号 ::

种类 示例 说明 对应的 Lambda 表达式
引用类方法 类名::类方法 函数式接口中被实现的方法的全部参数传给该类方法作为参数 (a,b,...) -> 类名.类方法(a,b,...)
引用特定对象的实例方法 特定对象::实例方法 函数式接口中被实现的方法的全部参数传给该方法作为参数 (a,b,...) -> 特定对象.实例方法(a,b,...)
引用某类对象的实例方法 类名::实例方法 函数式接口中被实现的方法的第一个参数作为调用者,后面的参数全部传给该方法作为参数 (a,b,...)->a.实例方法(b,...)
引用构造器 类名::new 函数式接口中被实现方法的全部参数传给该构造器作为参数 (a,b,...)->new 类名(a,b,...)
@FunctionalInterface interface Converter {     Integer convert(String from); }  @FunctionalInterface interface MyTest {     String test(String a, int b, int c); }  @FunctionalInterface interface YourTest {     // 抽象方法负责根据 String 参数生成一个 JFrame 返回值     JFrame win(String title); }   public class LambdaRef {     public static void main(String[] args) {         // 1 引用类方法         // 下面使用 Lambda 表达式创建 Converter 对象         Converter converter1 = from -> Integer.valueOf(from);         Integer val = converter1.convert("99");          // 函数式接口中被实现方法的全部参数传给该类方法作为参数         Converter converter2 = Integer::valueOf;         Integer val2 = converter2.convert("100");          // 2 引用特定对象的实例方法         // 使用 Lmabda 表达式创建 Converter 对象         Converter converter3 = from -> "hello michael翔".indexOf(from);          // 调用 "hello michael翔"的indexOf()实例方法         // 函数式接口中被实现的全部参数传给该方法作为参数         Converter converter4 = "hello michael翔"::indexOf;          // 3 引用某类对象的实例方法         // 使用 Lambda 表达式创建 MyTest 对象         MyTest mt = (a, b, c) -> a.substring(b, c);         String  str = mt.test("Hello World, Hello Michael翔", 2,9);          // 上面 Lambda 表达式只有一行,因此可以使用如下引用进行替换         // 函数式接口中被实现方法的第一个参数作为调用者         // 后面的参数全部传给该方法作为参数         MyTest str2 = String::substring;          // 4 引用构造器         // 使用 Lambda 表达式创建 YourTest 对象         YourTest yt = a -> new JFrame(a);         JFrame jf = yt.win("窗口");          // 使用构造器引用进行替换         // 函数式接口中被实现方法的全部参数传给该构造器作为参数         YourTest yt2 = JFrame::new;         JFrame jf2 = yt.win("窗口2");     } } 

Lambda 表达式与匿名内部类的联系与区别

Lambda 表达式与匿名内部类存在如下相同点:

  • Lambda 表达式与匿名内部类一样,都可以直接访问 effectively final 的局部变量,以及外部类的成员变量(包括示例变量和类变量);
  • Lambda 表达式创建的对象与匿名内部类生成的对象一样,都可以直接调用从接口中继承的默认方法;

Lambda 表达式与匿名内部类的区别:

  • 匿名内部类可以为任意接口创建实例,不管接口包含多少个抽象方法,只要匿名内部类实现所有抽象方法即可;但是 Lambda 表达式只能为函数式接口创建实例;
  • 匿名内部类可以为抽象类甚至普通类创建实例,但是 Lambda 表达式只能为函数式接口创建实例;
  • 匿名内部类实现的抽象方法体允许调用接口中定义的默认方法,但是 Lambda 表达式的代码块不允许调用接口中定义的默认方法;
@FunctionalInterface interface Converter {     Integer convert(String from); }  @FunctionalInterface interface MyTest {     String test(String a, int b, int c); }  @FunctionalInterface interface YourTest {     // 抽象方法负责根据 String 参数生成一个 JFrame 返回值     JFrame win(String title); }   public class LambdaRef {     public static void main(String[] args) {         // 1 引用类方法         // 下面使用 Lambda 表达式创建 Converter 对象         Converter converter1 = from -> Integer.valueOf(from);         Integer val = converter1.convert("99");          // 函数式接口中被实现方法的全部参数传给该类方法作为参数         Converter converter2 = Integer::valueOf;         Integer val2 = converter2.convert("100");          // 2 引用特定对象的实例方法         // 使用 Lmabda 表达式创建 Converter 对象         Converter converter3 = from -> "hello michael翔".indexOf(from);          // 调用 "hello michael翔"的indexOf()实例方法         // 函数式接口中被实现的全部参数传给该方法作为参数         Converter converter4 = "hello michael翔"::indexOf;          // 3 引用某类对象的实例方法         // 使用 Lambda 表达式创建 MyTest 对象         MyTest mt = (a, b, c) -> a.substring(b, c);         String  str = mt.test("Hello World, Hello Michael翔", 2,9);          // 上面 Lambda 表达式只有一行,因此可以使用如下引用进行替换         // 函数式接口中被实现方法的第一个参数作为调用者         // 后面的参数全部传给该方法作为参数         MyTest str2 = String::substring;          // 4 引用构造器         // 使用 Lambda 表达式创建 YourTest 对象         YourTest yt = a -> new JFrame(a);         JFrame jf = yt.win("窗口");          // 使用构造器引用进行替换         // 函数式接口中被实现方法的全部参数传给该构造器作为参数         YourTest yt2 = JFrame::new;         JFrame jf2 = yt.win("窗口2");     } } 

Lambda 表达式调用 Arrays 的类方法

Arrays 类的有些方法需要 Comparator、XxxOperator、XxxFunction 等接口的实例,这些接口都是函数式接口。因此,可以使用 Lambda 表达式来调用 Arrays 的方法。

public class LambdaArrays {     public static void main(String[] args) {         String[] arr1 = new String[]{"java", "python", "rust", "go"};         Arrays.parallelSort(arr1, (o1, o2) -> o1.length() - o2.length());         System.out.println(Arrays.toString(arr1));         int[] arr2 = {3, -4, 25, 16, 30, 18};         // left 代表数组中前一个索引处的元素,计算第一个元素时,left 为 1;         // right 代表数组中的当前索引处的元素         Arrays.parallelPrefix(arr2, (left, right) -> left * right);         System.out.println(Arrays.toString(arr2));         long[] arr3 = new long[5];         // a 代表正在计算的元素索引         Arrays.parallelSetAll(arr3, a -> a * 5);         System.out.println(Arrays.toString(arr3));                  // 等价于用匿名内部类重写 applyAsLong 抽象方法         Arrays.parallelSetAll(arr3, new IntToLongFunction() {             @Override             public long applyAsLong(int value) {                 return value * 5;             }         });         System.out.println(Arrays.toString(arr3));     } } 

输出:

[go, java, rust, python] [3, -12, -300, -4800, -144000, -2592000] [0, 5, 10, 15, 20] [0, 5, 10, 15, 20] 

因为这些要出入 Comparator、XxxOperator、XxxFunction 等接口的实例往往都是一次性的,使用 Lambda 表达式也不用考虑重用等,反而让程序更加简洁了。

总结

本文主要参考的是 《疯狂 Java 讲义第 5 版》的第 6 章的面向对象下,通过实际的示例 demo 应该可以将 Lambda 的常用场景和用法掌握了。这样,看项目代码或者源码的话,会更加易于理解!基本功扎实,才能走得更快!

参考

  • To Be Top Javaer/糖块十二、Lambda表达式

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