Java编程中使用lambda表达式的奇技淫巧

为什么使用Lambda表达式
先看几个例子:

第一个例子,在一个独立的线程中执行某项任务,我们通常这么实现:

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class Worker implements Runnable {

  public void run() {

    for (int i = 0; i < 100; i++)

      doWork();

  }

  ...

}

 

Worker w = new Worker();

new Thread(w).start();

第二个例子,自定义字符串比较的方法(通过字符串长度),一般这么做:

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class LengthComparator implements Comparator {

  public int compare(String first, String second) {

    return Integer.compare(first.length(), second.length());

  }

}

Arrays.sort(strings, new LengthComparator());

第三个例子,在JavaFX中,给一个button添加一个callback:

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button.setOnAction(new EventHandler() {

  public void handle(ActionEvent event) {

    System.out.println("Thanks for clicking!");

  }

});

这些例子有一个共同点,就是:先定义一段代码块,传给某个对象或方法,然后被执行。在Lambda表
达式之前,Java是不允许直接传递代码块的,因为Java是面向对象的,因此必须传递一个对象,将要
执行的代码块封装到对象里。

Lambda表达式的语法
将上面第二个例子中的LengthComparator,用Lambda表达式表示为:

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

  second.length());

->前为参数列表,其后为表达式语句体;

如果表达式语句体不止一行,则将语句体写在{}中,与普通的函数一样:

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(String first, String second) -> {

  if (first.length() > second.length()) {

    return 1;

  } else if (first.length() == second.length()) {

    return 0;

  } else {

    return -1;

  }

};

如果没有参数,()还是需要带上,比如上面的第一个例子,可以表示为:

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() -> {

  for (int i = 0; i < 1000; i ++) {

    doWork();

  }

}

如果参数的类型可以从上下文自动推断,则可以省略:

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Comparator comp

  = (first, second) // Same as (String first, String second)

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

如果参数只有一个,且类型可以自动推断,则小括号()也可以省略:

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// Instead of (event) -> or (ActionEvent event) ->

eventHandler listener =

  event -> System.out.println("Thanks for clicking!");

lambda表达式的返回值的类型是自动推断的,因此不需要指明;在lambda表达式,某些条件分支中有
返回值,而其它分支没有返回值,是不允许的,如:

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(x) -> {

  if (x >= 0) {

    return 1;

  }

}

另外,expression lambda和statement lambda的区别是,expression lambda不需要
写return关键字,Java runtime会将表达式的结果作为返回值返回,而statement lambda是
写在{}中的表达式,需要使用return关键字,比如:

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// expression lambda

Comparator comp1 =

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

 

// statement lambda

Comparator comp2 = (first, second) ->

  { return Integer.compare(first.length(), second.length());};

Functional Interface
如果一个接口(interface)仅有一个抽象方法(abstract method),就称为
Functional Interface,比如Runnable、Comparator等。
在任何一个需要Functional Interface对象的地方,都可以使用lambda表达式:

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Arrays.sort(words,

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

这里,sort()的第二个参数需要的是一个Comparator对象,而Comparator是
Functional Interface,因此可以直接传入lambda表达式,在调用该对象的compare()方法
时,就是执行该lambda表达式中的语句体;

如果lambda表达式的语句体会抛出异常,则对应的Functional Interface中的抽象方法必须抛
出了该异常,否则就需要在lambda表达式中显式捕获异常:

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Runnable r = () -> {

  System.out.println("------");

  try {

    Thread.sleep(10);

  } catch (InterruptedException e) {

    // catch exception

  }

};

 

Callable c = () -> {

  System.out.println("--------");

  Thread.sleep(10);

  return "";

};

Method Reference
如果将lambda表达式的参数作为参数传递给一个方法,他们的执行效果是相同的,则该lambda表达式
可以使用Method Reference表达,以下两种方式是等价的:

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

System.out::println

其中System.out::println被称为Method Reference。

Method Reference主要有三种形式:

  • object::instanceMethod
  • Class::staticMethod
  • Class::instanceMethod

对于前两种方式,对应的lambda表达式的参数和method的参数是一致的,比如:

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System.out::println

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

 

Math::pow

(x, y) -> Math.pow(x, y)

对于第三种方式,对应的lambda表达式的语句体中,第一个参数作为对象,调用method,将其它参数
作为method的参数,比如:

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String::compareToIgnoreCase

(s1, s2) -> s1.compareToIgnoreCase(s2)

1.5 Constructor Reference

Constructor Reference与Method Reference类似,只不过是特殊的method:new,具体调用的是哪个构造函数,由上下文环境决定,比如:

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List labels = ...;

Stream

Button::new等价于(x) -> Button(x),所以调用的构造函数是:Button(x);

除了创建单个对象,也可以创建对象数组,如下面两种方式等价:

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int[]::new

(x) -> new int[x]

变量作用域
lambd表达式会捕获当前作用域下可用的变量,比如:

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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();

}

但是这些变量必须是不可变的,为什么呢?看下面这个例子:

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int matches = 0;

for (Path p : files)

  new Thread(() -> { if (p has some property) matches++; }).start();

  // Illegal to mutate matches

因为可变的变量在lambda表达式中不是线程安全的,这和内部类的要求是一致的,内部类中只能引用
外部定义的final变量;

lambda表达式的作用域与嵌套代码块的作用域是一样的,所以在lambd表达式中的参数名或变量名不
能与局部变量冲突,如:

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Path first = Paths.get("/usr/bin");

Comparator comp = (first, second) -> Integer.compare(first.length(),

   second.length()); // Error: Variable first already defined

如果在lambda表达式中引用this变量,则引用的是创建该lambda表达式的方法的this变量,如:

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public class Application() {

  public void doWork() {

    Runnable runner = () -> {

      ...;

      System.out.println(this.toString());

      ...

    };

  }

}

所以这里的this.toString()调用的是Application对象的toString(),而不是Runnable
对象的。


Default Method
接口中只能有抽象方法,如果在已有的接口中新增一个方法,则该接口所有的实现类都需要实现该方法。
Java 8中引入了Default Method的概念,在接口中新增一个default方法,不会破坏已有的接
口规则,接口的实现类可以选择重写或直接继承该default方法,比如:

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interface Person {

  long getId();

  default String getName() { return "John Q. Public"; }

}

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:

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public static Comparator comparingInt(ToIntFunctionsuper T>

  keyExtractor) {

  Objects.requireNonNull(keyExtractor);

  return (Comparator & 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:

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

  second.length()));

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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:

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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:

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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();

  }

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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:

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public class Person {

  private String givenName;

  private String surName;

  private int age;

  private Gender gender;

  private String eMail;

  private String phone;

  private String address;

}

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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:

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public class ComparatorTest {

  public static void main(String[] args) {

    List personList = Person.createShortList();

    // 使用内部类实现排序

    Collections.sort(personList, new Comparator() {

      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();

    }

  }

}

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public class ComparatorTest {

  public static void main(String[] args) {

    List personList = Person.createShortList();

  

    // 使用内部类实现排序

    Collections.sort(personList, new Comparator() {

      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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