【java8新特性】lambda表达式与函数式接口详解

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一、简介

java8于2014年发布，相比于java7，java8新增了非常多的特性，如lambda表达式、函数式接口、方法引用、默认方法、新工具（编译工具）、Stream API、Date Time API、Optional等。当前很多公司的老产品依然使用的java7，甚至开发人员开发新产品时依然没有选择升级，写关于java8系列文章的目的在于梳理和分享java8新增的主要特性，开发时也可以用作参考。

lambda表达式是java8新增的主要特性之一，lambda表达式又称闭包或匿名函数，主要优点在于简化代码、增强代码可读性、并行操作集合等。至于是否使用，有的同学觉得不适应，有的同学欲罢不能，见仁见智~

技多不压身，本文将采用由浅入深的方式，讲解java8 lambda表达式的语法及使用，并附带代码进行演示。

二、lambda语法

lambda的基本语法：

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

lambda表达式的特性：

可选类型声明: 无需声明参数类型，编译器即可自动识别
可选的参数圆括号: 仅有一个参数时圆括号可以省略
可选的大括号：主体只包含一个语句时可省略大括号
可选的返回关键字：主体只包含一个表达式返回值并省略大括号时，编译器会自动return返回值；有大括号时，需要显式指定表达式return了一个数值

特性示例：

//1、无参数，返回值1
() -> 1 
//2、无参数，无返回值
() -> System.out.print("Java8 lambda.");
//3、1个参数，参数类型为数字，返回值为其值的5倍
x ->  5 * x 
//4、2个参数，参数类型均为数字，返回值为其差值
(x, y) -> x - y
//5、2个参数，指定参数类型均为int型，返回值为其差值 
(int x, int y) -> x - y  
//6、1个参数，指定参数类型为String ，无返回值
(String str) -> System.out.print(str)

个人建议，从程序的严谨性角度出发，尽量指明函数的参数类型，避免出错！！！

三、java8 lambda使用示例

前面我们讲到lambda表达式的语法和特性，那么在java8中如何使用lambda表达式呢？我们先以用几个示例来展现lambda表达式在java8中的使用。

3.1 java Runnable接口的lambda实现

用lambdah代替匿名类是java8中lambda的常用形式，本文以开发同学经常使用的Runnable接口匿名类为示例，演示如何用lambda表达式来代替匿名类：

在java8之前：

   new Thread(new Runnable()
   {
    @Override
    public void run()
    {
         System.out.println("No use lambda.");
    }
   }).start();

在java8之后：

   new Thread(() -> System.out.println("Use lambda")).start();

可以看到，java8中利用lambda表达式大大简化了代码编写。
此处简要提下，用lambda表达式代替匿名类的关键在于，匿名类实现的接口使用了java.lang.FunctionalInterface注解，且只有一个待实现的抽象接口方法，如Runnable接口：

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

本文后面会详细讲解FunctionalInterface注解。

3.2 java List迭代的lambda实现

开发同学经常会使用到集合类，并对集合类对象进行迭代，以实现业务逻辑。
java8中，集合类的顶层接口java.lang.Iterable定义了一个forEach方法：

    /* @param action The action to be performed for each element
     * @throws NullPointerException if the specified action is null
     * @since 1.8
     */
    default void forEach(Consumer action) {
        Objects.requireNonNull(action);
        for (T t : this) {
            action.accept(t);
        }
    }

forEach方法可以迭代集合的所有对象，其参数为Consumer对象，Consumer类位于java.util.function包下，我们看下其定义：

@FunctionalInterface
public interface Consumer {
    void accept(T t);

    default Consumer andThen(Consumer after) {
        Objects.requireNonNull(after);
        return (T t) -> { accept(t); after.accept(t); };
    }
}

到此已经很容易联想到，我们可以采用lambda表达式来实现java8集合的迭代逻辑，下面我们进行示例：

在java8之前：

    List features = Arrays.asList(1,2);
    for (Integer feature : features) {
         System.out.println(feature);
     }

在java8之后：

    List features = Arrays.asList(1,2);
    features.forEach(n -> System.out.println(n));

上述逻辑还可以用java8的方法引用来表示：

    List features = Arrays.asList(1,2);
    features.forEach(System.out::println);

方法引用也是java8的新特性，由::操作符标示，详细可参考方法引用的文章，本文不赘述。

四、函数式接口

    在上一节中我们提到："用lambda表达式代替匿名类的关键在于，匿名类实现的接口使用了java.lang.FunctionalInterface注解，且只有一个待实现的抽象接口方法", 这里的接口便是函数式接口。
    函数式接口(Functional Interface)是java8新增的特性，它是一个有且仅有一个抽象方法，但是可以有多个非抽象方法的接口。函数式接口可以被隐式转换为lambda表达式。
    Runnable接口是在JDK1.8之前已经存在的接口，在JDK1.8中加入了@FunctionalInterface注解，表示将其定义为一个函数式接口。在JDK1.8中定义的函数式接口还有：

java.util.concurrent.Callable
java.security.PrivilegedAction
java.util.Comparator
java.io.FileFilter
java.nio.file.PathMatcher
java.lang.reflect.InvocationHandler
java.beans.PropertyChangeListener
java.awt.event.ActionListener
javax.swing.event.ChangeListener

JDK1.8新增加的函数式接口有java.util.function包下的接口，典型的如上一节中提到的Consumer接口，感兴趣的读者可以阅读JDK1.8的源码，在此不逐个列出，在下一节本文还会列举java.util.function包中典型的函数式接口的使用。

到这里，可以总结出，java8中用lambda表达式代替匿名内部类，本质上是将接口定义为函数式接口，并将函数式接口隐式转换为lambda表达式、

五、典型函数式接口的使用

上一节我们理解了java8函数式接口的概念和定义方法，本节再列举java.util.function几个典型的函数式接口的使用，加深下函数式接口与lambda表达式结合的理解。

5.1 Predicate接口

5.1.1 Predicate接口的基本用法

Predicate接口适合用于过滤，测试对象是否符合某个条件，Predicate接口源码如下：

@FunctionalInterface
public interface Predicate {

    boolean test(T t);
    
    default Predicate and(Predicate other) {
        Objects.requireNonNull(other);
        return (t) -> test(t) && other.test(t);
    }
   
    default Predicate negate() {
        return (t) -> !test(t);
    }

    default Predicate or(Predicate other) {
        Objects.requireNonNull(other);
        return (t) -> test(t) || other.test(t);
    }
  
    static  Predicate isEqual(Object targetRef) {
        return (null == targetRef)
                ? Objects::isNull
                : object -> targetRef.equals(object);
    }
}

可以看到，Predicate接口待实现的唯一抽象方法是 boolean test(T t) 方法。我们用Predicate接口实现从整数型数组中过滤正数：

    public static void main(String[] args)
    {  
        List numbers = Arrays.asList(-1, -2, 0, 4, 5);
        filter(numbers, n -> n > 0);
    }
    
    public static void filter(List numbers, Predicate condition)
    {
        for (Integer number : numbers)
        {
            if (condition.test(number))
            {
                System.out.println("Eligible number: " + number);
            }
        }
    }

运行结果如下：

Eligible number: 4
Eligible number: 5

对数组的迭代，还可以使用Stream API的方式：

    public static void main(String[] args)
    {
        List numbers = Arrays.asList(-1, -2, 0, 4, 5);
        numbers.stream().filter(n -> n > 0).forEach(n -> System.out.println("Eligible number: " + n));
    }

上面的代码采用Stream API + Predicate接口 + Consumer接口的方式实现了同样的功能，代码量大大减少。Stream API（java.util.stream）同样是java8的新特性，将真正的函数式编程风格引入到java语言中，进一步简化了代码。

5.1.2 Predicate接口的进阶用法

我们再看上一节提到的Predicate接口的源码，发现它有三个default关键字定义的方法，分别为and()、negate()、or()三个方法，顾名思义，它们类似于逻辑操作&&、!、||，用于生成新的Predicate对象。
以上一节的数组为例，我们用and操作过滤出数组中大于-1且小于5的数字：

    public static void main(String[] args)
    {  
        List numbers = Arrays.asList(-1, -2, 0, 4, 5);
        filter(numbers, n -> n > -1 , n -> n < 5);
    }
    
    public static void filter(List numbers, Predicate first, Predicate second)
    {
        for (Integer number : numbers)
        {
            if (first.and(second).test(number))
            {
                System.out.println("Eligible number: " + number);
            }
        }
    }

结果为：

Eligible number: 0
Eligible number: 4

上例用and()方法将两个Predicate对象进行and运算，同理negate()、or()方法的使用也很简单，在此不再赘述。

5.2 Stream API

Stream API将处理的数据源看做一种Stream（流），Stream（流）在Pipeline（管道）中传输和运算，Stream API结合lambda表达式可以很方便的对集合进行筛选、排序等运算，由于篇幅较大，请阅读【java8新特性】Stream API详解，本文中不详细讲解。

5.3 Optional

Optional类是Java8为了解决null值判断问题，借鉴google guava类库的Optional类而引入的一个同名Optional类，使用Optional类配合lambda表达式可以避免显式的null值判断，并实现很多类似Stream API的功能，由于篇幅较大，请阅读【java8新特性】Optional详解，本文中不详细讲解。

五、注意事项

lambda表达式可以使用方法引用，当且仅当主体中不修改lambda表达式提供的参数，如第三章提到的两种写法

features.forEach(n -> System.out.println(n));
等价于
features.forEach(System.out::println);

而如果对参数有任何修改时不能使用方法引用，如：

features.forEach(n -> System.out.println(n+1));

lambda与匿名类的联系和区别
联系：
　1）都可以访问final或effectively final局部变量。
　2）生成的对象都可以调用实现的接口方法。
区别：
　1） this指针的指向不同。我们知道匿名类的this指针指向匿名类，而lambda表达式的this指针指向的是包围lambda表达式的类。
　2）编译方式不同。lambda在编译器内部被翻译为私有方法，并使用了Java 7的 invokedynamic 字节码指令来动态绑定这个方法
　3）实现的接口限制有区别。匿名类可以为任意接口创建实例，只要实现接口所有的抽象方法即可；而lambda表达式只能实现函数式接口（只有一个必须实现的抽象方法）。
　4）接口默认方法的调用权限不同。匿名类实现的抽象方法允许调用接口中的默认方法，而lambda表达式不能调用接口中的默认方法。

【java8新特性】lambda表达式与函数式接口详解 ↩
【java8新特性】Stream API详解 ↩
【java8新特性】Optional详解 ↩
【java8新特性】方法引用 ↩
【java8新特性】默认方法 ↩