带你彻底掌握 Lambda 表达式（上）

更多技术文章，欢迎关注我的微信公众号：码不停蹄的小鼠松（微信号：busy_squirrel），也可扫下方二维码关注获取最新文章哦~

说明：

由于 Lambda 表达式涉及的周边知识点实在太多，因此拆分为上、下两篇文章讲解，本篇为上篇，下篇随后放出，大家可在我公众号中查找。

目录介绍：

上篇，主要讲 1~4 章节，下篇，主要介绍 5~8 章节。

序言

JDK8 日渐成为项目开发中的主流。

但平时在和很多小伙伴的交流和面试中，发现很多人仍停留在 JDK7 及以前的认知层面，Lambda 表达式、方法引用、Stream 流、default 关键字，很少使用，甚至还有不少小伙伴不知道怎么用！！

不客气的说，不掌握 JDK8 的新特性，面试通过基本很难很难。换位思考，若不掌握，你面试不慌吗？

而 Lambda 表达式，更是 JDK8 新特性中的重中之重，它能够简化我们的传统操作模式。

本文会帮你详细梳理 Lambda 表达式的前世今生，有原理讲解，有示例实战，助力你面试起飞。

文章略长，但一定是干货满满的，对于技术文章而言，短小精悍的特点并不是好事，因此我写的文章都偏长，注重干货，注重前因后果，做到知其然更要知其所以然。如果你有耐心读下去，一定会有较大收货。如果没时间看，可收藏留以备用~

在具体描述 Lambda 表达式之前，我们需要补充一些基础知识：什么是函数式接口。

1. 函数式接口的定义

提到函数式接口（ functional interface ），就牵扯到一个注解：@FunctionInterface。

所谓函数式接口，是指的一类添加了 @FunctionInterface 注解的接口。换言之，只要一个接口有@FunctionInterface 注解，那这个接口就是函数式接口。

举个例子就明白了。

当你在对任务 taskA 处理时，如果想异步处理，不影响主干流程的继续进行，你会怎么做？

a) 初级版：新增一个类，实现 Runnable 接口

你会说很简单呐，另起一个线程去执行任务 taskA 就可以了呀，喏，如下：

/**
 * @author: sss
 */
public class TaskAThread implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        // process taskA
        ...
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // new 一个新线程，执行任务A
        Runnable taskA = new TaskAThread();
        new Thread(taskA).start();

        // 主线程继续做其他事情
        System.out.println("do other things...");
    }
}

这种方式是可以实现，但有没有其他方式呢？

b) 进阶版：使用匿名内部类

有些小伙伴明显的发现了上面代码中的问题：繁琐！！只是为了创建一个线程并使用它的 run() 方法，还要新增一个类，没有必要，直接使用匿名类就解决啦：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 通过匿名类来创建一个新线程，执行任务A
        Runnable taskA = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                // process taskA
                ...
            }
        };
        new Thread(taskA).start();

        // 主线程继续做其他事情
        System.out.println("do other things...");
    }
}

通过匿名类的方式，省去了新增一个类的操作，大大简化。但若使用 Lambda 的方式，会更加简洁。

c) 高级版：使用 Lambda 表达式

public static void main(String[] args) {
    // 通过匿名类来创建一个新线程，执行任务A
    new Thread(() -> {
        System.out.println("正在异步处理 taskA 中...");
        // do things
        ...
    }).start();

    // 主线程继续做其他事情
    System.out.println("do other things...");
}

有没有发现很神奇，类似() -> {...}的这种箭头式写法竟然能通过编译！而且还能运行（不信的小伙伴可以试试）！这种就是 Lambda 表达式的其中一种写法，不理解的小伙伴也没关系，我们后面会详细解释。

也许这种 Lambda 写法很多小伙伴见过，并习以为常，但为什么可以运行，你知道根本原因吗？

这里就体现出函数式接口的作用了。我们去看一下 JDK7 和 JDK8 中关于 Runnable 接口的定义，如下。大家有发现什么不同点了吗？

眼尖的小伙伴一定发现了，JDK8 中多了个注解 @FunctionalInterface。这就是为何能在 JDK8 中可以使用这种箭头式的 Lambda 写法。

本小节最开始时我们也提到了此注解。从上图也能看出，@FunctionalInterface 是 JDK8 中新引入的一个注解，它定义了一类新的接口（即函数式接口），该类接口有且只能有一个抽象方法。

它主要用于编译期的错误检查，如果一个接口不包含抽象方法（eg: Serializable、Cloneable 等标记接口），或者包含多个抽象方法，都不符合 @FunctionalInterface 注解的定义，加了就会出错，如下这种：

// 错误示例 1
@FunctionalInterface
interface InvalidInterfaceA {
}

// 错误示例 2
@FunctionalInterface
interface InvalidInterfaceB {
    void testA();
    void testB();
}

正确示范：

@FunctionalInterface
interface InvalidInterfaceC {
    void testC();
}

@FunctionalInterface
interface InvalidInterfaceD {
    void testD();
    default void testE() {
        System.out.println("this is a default method.");
    }
}

@FunctionalInterface修饰的接口，只能有一个抽象方法，但并代表只能有一个方法声明，像上面的 InvalidInterfaceD 接口，还有 default 关键字修饰的 testE() 方法，但这是一个有默认实现的方法，并不是抽象方法，因此接口 InvalidInterfaceD 依然符合函数式接口的定义。

另外，我们仔细看下注解的描述片段：

上面截图中的信息量较大，分为两块内容。

第一块内容是使用 @FunctionalInterface 注解需满足的 2 个条件：

• 必须是接口，不能是注解、枚举或类，限定了使用的类型范围
• 被注解的接口，必须满足函数式接口的定义，即只能有一个抽象函数

第二块内容是 @FunctionalInterface 注解的功能已内置于编译器的处理逻辑中：不管一个接口是否添加了 @FunctionalInterface 注解，只要该接口满足函数式接口的定义，编译器都会把它当做函数式接口。

看下面的例子：

interface MathOperation {
    int operation(int a, int b);
}

public static void main(String args[]) {
    MathOperation addition = (int a, int b) -> a + b;
}

上面的 MathOperation 接口，并没有添加 @FunctionalInterface 注解，但依然可以使用 Lambda 表达式，就是因为它符合函数式接口的定义，JDK8 的编译器默认将其当做函数式接口（上面代码中的箭头表达式不懂没关系，我们下面会详细讲解）。

在 JDK8 中，推出了一个新的包：java.util.function，它里面内置了一些我们常用的函数式接口，如 Predicate、Supplier、Consumer 等接口。

2. 什么是 Lambda 表达式

总结了很久，发现还是很难用语言来定义什么是 Lambda 表达式，它更适合结合示例来说明。

2.1 示例 1

还是以上面的异步线程执行任务 A 为例。在 Lambda 表达式之前，我们最精简的写法就是使用匿名类，但若用 Labmda 表达式，则可直接简化成一行代码。看下面代码示例的对比：

public static void main(String[] args) {
    // 使用匿名内部类
    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("正在异步处理 taskA 中...");
        }
    }).start();

    // 使用 Lambda 表达式
    new Thread(() -> System.out.println("正在异步处理 taskA 中...")).start();
}

上面的示例中，使用 Lambda 表达式，进一步简化了匿名类，这也是 Lambda 表达式最常用的功能。

2.2 示例 2

为进一步强化大家对 Lambda 表达式的理解，再举一个最常用的示例，集合类的遍历操作。在 JDK8 以前，List 的遍历操作，要么用 for 循环，要么用迭代器（Iterator）：

public static void main(String[] args) {
    List<String> strList = Arrays.asList("a", "b", "c", "d");
    // 方式1
    for (int i = 0; i < strList.size(); i++) {
        System.out.println(strList.get(i));
    }
    // 方式2，语法糖，本质还是下面的方式3
    for (String str : strList) {
        System.out.println(str);
    }
    // 方法3
    Iterator<String> iterator = strList.iterator();
    while (iterator.hasNext()) {
        System.out.println(iterator.next());
    }
}

上面的代码中，方式 2 是一种语法糖，本质上还是方法 3，大家可通过编译之后的 .class 文件来查看。
但在 JDK8 中，我们可使用 forEach() 方式来实现 Lambda 表达式下的遍历操作。

strList.forEach(str -> System.out.println(str));

进一步探究，forEach() 是怎么做到的，看下其源码：

default void forEach(Consumer<? super T> action) {
    Objects.requireNonNull(action);
    for (T t : this) {
        action.accept(t);
    }
}

/**
 * Represents an operation that accepts a single input argument and returns no
 * result. Unlike most other functional interfaces, {@code Consumer} is expected
 * to operate via side-effects.
 *
 * 
This is a functional interface
 * whose functional method is {@link #accept(Object)}.
 *
 * @param  the type of the input to the operation
 *
 * @since 1.8
 */
@FunctionalInterface
public interface Consumer<T> {
    void accept(T t);

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

forEach() 的形参是一个 Consumer 对象，而 Comsumer 接口又是一个有 @FunctionalInterface 注解的函数式接口，其抽象方法是 accept(T t)。

此时，如果我们撇开 Lambda 表达式，使用匿名类，依然可以做到，如下：

strList.forEach(new Consumer<String>() {
    @Override
    public void accept(String str) {
        System.out.println(str);
    }
});

既然 Consumer 是一个函数式接口，就可以使用更简洁的 Lambda 表达式：

strList.forEach(str -> System.out.println(str));

2.3 小结

有了前面两个示例，你应该对 Lambda 表达式有个大体的印象了。

若一个方法的形参是一个接口类型，且该接口是一个函数式接口（即只有一个抽象方法），那么就可以使用 Lambda 表达式来替代其对应的匿名类，达到易读、简化的目的。

通常，Lambda 表达式的格式如下：

() -> {...}
或
(xxx) -> {...}

从前面的示例也可以看到，Lambda 表达式其实就代表了一个接口的实例对象，并且这个接口还得是一个函数式接口，即只能有一个抽象方法，这个抽象方法的具体实现，就是 Lambda 表达式中箭头的右侧 body 部分。

3 Lambda 表达式特性及示例

前面我们初识了 Lambda 表达式，那么，它又有哪些特性呢？

• 特性 1：由箭头将表达式分为左、右两个部分

必须是形如 () -> {...} 的形式。

• 特性 2：入参可为零个、一个、多个

当为零个时，箭头左侧的括号不可省略：

() -> {System.out.println("test expression!");};
() -> 123;

当入参为 1 个时，箭头左侧的圆括号可省略：

(x) -> {System.out.println(x);};
x => x + 2;

当入参为多个时，左侧括号不能省略：

(x, y, z) -> {
    System.out.println(x);
    System.out.println(y);
    System.out.println(z);
};

以上都是合法表达式。但是，这并不意味着他们可以独立存在。若不给这些表达式赋左值，则编译器会报错：Not s statement。

前面我们也有提到，Lambda 表达式其实是一个实例对象，因此，赋左值，自然是赋值给某个特定类型的实例。它是如何赋值的呢？可手动指定，也可根据 IDE 自动生成（此时编译器会自动推断左值类型）。在正常使用过程中，我们往往都会有目的的手动赋左值。

• 特性 3：入参类型声明可省略，编译器会做自动类型推断

List<String> strList = Arrays.asList("a", "b", "c", "d");
strList.forEach(str -> {
	System.out.println(str);
});

上方代码中，Lambda 表达式中的 str 局部变量，不需要再次声明类型，因为编译器会从 strList 变量中推断出 str 变量的类型为 String。

• 特性 4：表达式右侧的 body 中，只有一条语句，则可省略大括号，否则不可省略

上面的 strList 变量的 forEach() 方式的遍历，可简化为如下形式：

strList.forEach(str -> System.out.println(str));

• 特性 5：表达式的返回值是可选的

上面的 forEach() 方式，就是没有返回值的，也可认为是 void。

4. 为何引入 Lambda 表达式

我们先来简述下几种常见的编程范式。

4.1 几种常见的编程范式

编程范式代表了计算机编程语言的典型风格和编程方式，通俗来说，编程范式就是对各种编程语言的分类，分类的依据，就是对各类编程语言的行为和处理方式进行抽象拔高，再看是否都是一类。

这么说比较抽象，举几种常见的编程范式：命令式编程、声明式编程和函数式编程。

我们看一个具体示例：

你眼前有一个水果篮，里面放了一堆的苹果和桔子。这时候，你老板跟你说：“小张，交给你一个事儿，你从水果篮中一个个拿出水果，如果是桔子，则放回，继续从水果篮中拿下一个水果，如果是苹果，再看是否有 M 标签，如果没有，则放回，如果有 M 标签，再看这个苹果是否已坏掉，如果坏掉，则返回，如果没坏掉，则把该苹果挑出来”，然后你很快就按老板的指示圆满完成了任务。

这时，如果你老板是程序员，你是计算机，那么你老板就在使用命令式编程。他会把每一步该怎么做都告诉你，然后你只需要严格按照他要求的去做就可以完成任务。

但是，我们考虑另外一种情况：

你老板跟你说：“小张，交给你一件事，把水果篮里的贴了 M 标签的没有坏掉的苹果都捡出来”。然后你按照老板的要求，一个个把符合条件的苹果捡出来。

此时，老板并没有告诉你该怎么一步步的把符合条件的苹果捡出来，它只是告诉了你他想要的是什么（what），但并没有告诉你该怎么做（how），这种就是声明式编程。

一般来说，绝大多数的程序员都是使用的命令式编程的风格，像 Java、C、C++ 等，都属于命令式编程语言，它们都需要由程序员来严格指定每一步该怎么做，语言本身是不会做任何特殊逻辑处理。这和冯诺依曼体系的计算机一致，指令存储在内存中，由 CPU 一条条执行指令做运算，并将数据再放回内存。

从编程范式的角度来看，像 Java、C++ 等这些高级编程语言，本质上和更接近机器语言的汇编语言没有区别，都是基于冯诺依曼体系计算机模式的思想，都是命令式编程。相比汇编语言，高级语言只是更符合我们人类认知的习惯和便于理解、编写，但编译后，还是变成了天书般的机器语言。

我们经常接触的 SQL 语句，其实就是声明式编程。如下面的语句：

## 找出所有学生的数学成绩
select name,
       age,
       course,
       score
  from student
 where course= "math";

上面的 SQL 语句，只是声明了需要什么（找出所有学生的数学成绩），但至于怎么找，语言层面不需要关心，交给数据库系统来处理。

函数式编程，是近几年火起来的一种编程范式，但其早就存在于我们周围，想 JavaScript 就是一种函数式编程语言。函数式语言最鲜明的特点，是允许将函数作为入参传递给另一个函数，且也可以返回一个函数。像我们常用的 Java 语言，其函数是无法独立存在的，必须声明在某个类的内部，换句话说，Java 中的函数是依附于某个特定类的，且服务于该类的域变量。因此若要按等级来划分，对象或变量的级别是高于函数的。但在函数式编程语言中，函数可当做参数传递，也可作为返回值，我们称之为高阶函数。看下面的示例：

def sum(x):
    def add(y):
        return x + y;
    return add;

sum2 = sum(2);
elementB = sum(7);
a = sum2(3); # 2 + 3 = 5
b = elementB(1); # 7 + 1 = 8
print a; # 输出5
print b; # 输出8

示例中，sum() 函数内部定义了add() 函数，两者各自有一个入参，且 sum() 函数的返回值是 add() 函数。那么这里的 sum() 就是一个高阶函数。它做了件什么事情呢？很简单，求两个数值的和。在 Java 中，它是怎么实现的呢？

public int sum(int x, int y) {
	return x + y;
}

这是 Java 中的写法，但函数式编程的计算思想和我们常规理解的不同，它使用了两个函数来实现。比如前面的示例中，要计算 2+3，首先通过函数 sum(2) 得到一个变量 sum2，它同时也是一个函数，即 add() 函数，我们再次把数字 3 作为参数传进去：sum2(3)，就得到了求和的值 6。

通过以上的示例对比，就能发现函数式编程的核心思想：通过函数来操作数据，复杂逻辑的实现是通过多个函数的组合来实现的。相比声明式编程和命令式编程，它是一种更高级别的抽象：汇编语言要求我们如何用机器能理解的语言来写代码（指令）；高级语言如 Java、C++ 则是使用易于人理解的方式，但如何做，还需要我们来一步步设定，仍未逃脱指令式的思维模式；函数式编程，通过函数来操作数据，至于函数内部做了什么，交给其他函数来组合实现。

4.2 为何引入 Lambda

因为 Lambda 表达式是属于函数式编程的范围（将函数视作变量或对象），且后面要讲到的 Stream 流，都属于函数式编程的范围，所以，这个问题的问法是可以再扩大化，即：

为何会引入函数式编程的用法？

a) 原因 1：使得代码更简洁，可读性强

如果你有仔细阅读前面的介绍，你会发现，Lambda 表达式本质上就是一个函数，就是其对应的函数式接口的那个唯一抽象方法的具体实现！再来回顾一下代码：

new Thread(() -> System.out.println("this is a Lambda expression!")).start();

Thread 类的有参构造函数 Thread(Runnable runnable)，本来参数是一个 Runnable 对象，

但 Java 作为一枚面向对象的编程语言，除了像 int、double、char 等 8 种基本数据类型，其他的一切都是对象，包括类（class）、接口（interface）、枚举（Enum）、数组（Array）。但函数并不是对象，它只能依附于对象而存在，按层级划分的话，函数是低于对象的，它是无法作为一个方法的入参或者返回值的。

在这种限制下，Java 的部分功能代码就难免出现臃肿的现象。比如：难看又无法避免的匿名内部类、集合类的过滤、求和、转换等操作。而 Lambda 表达式的出现，就避免了这种臃肿。

而函数式编程的优点就是使用简洁、可读性高（只看函数名就知道要做什么操作），如下的 Stream 流操作：

List<String> nameList = Arrays.asList("tom", "kate", "jim", "david");
List<String> newNameList = nameList
    .stream()
    .filter(name -> name.length() > 3)
    .map(name -> name.toUpperCase())
    .sorted()
    .collect(Collectors.toList());

上面代码要实现的功能一目了然，没有大量的匿名内部类，没有多余的中间变量，没有复杂的逻辑计算。若摒弃 JDK8 的写法，则需要使用又臭又长的代码，耗费两倍不止的时间才能实现。

所以，从可读性、易用性角度讲，函数式编程的写法完胜 JDK7 以前的 Java 式写法。

b) 原因 2：传递行为，而不止是传递值，更便于功能复用

因为函数是代表了一连串行为的集合，代表的是一组动作，而不止是一个数据，举个例子就明白了，看下面的示例：

// 给定一个整数集合
List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9);

// 求所有元素的和
private Integer sumAll(List<Integer> list) {
    int sum = 0;
    for (Integer ele : list) {
        sum += ele;
    }
    return sum;
}

// 求所有偶数元素的和
private Integer sumEven(List<Integer> list) {
    int sum = 0;
    for (Integer ele : list) {
        if (ele % 2 == 0) {
            sum += ele;
        }
    }
    return sum;
}

// 求所有奇数元素的和
private Integer sumOdd(List<Integer> list) {
    int sum = 0;
    for (Integer ele : list) {
        if (ele % 2 == 1) {
            sum += ele;
        }
    }
    return sum;
}
// 求所有大于3的元素的和
private Integer sumLargerThan3(List<Integer> list) {
    int sum = 0;
    for (Integer ele : list) {
        if (ele > 3) {
            sum += ele;
        }
    }
    return sum;
}

作为一个有追求的程序员，对上面的这种代码是不能忍的，重复度太高了有木有！除了元素的判断条件不同，其他处理方式都相同。

那，对于上面的代码，我们能怎么优化呢？大家也许会想到策略模式，每一种处理，都对应一个不同的计算策略，设计模式用起来：

public interface sumStrategy {
	Integer sum(List<Integer> list);
}

public class SumAllStrategy implements sumStrategy {
	@Override
    public Integer sum(List<Integer> list) {
        int sum;
        for (Integer ele : list) {
            sum += ele;
        }
        return sum;
    }
}

public class SumEvenStrategy implements sumStrategy {
	@Override
    public Integer sum(List<Integer> list) {
    	...
    }
}

// 实际调用
List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9);
// 示例1：当想求所有元素的和时，使用 SumAllStrategy 类
Strategy strategy1 = new SumAllStrategy();
strategy1.sum(list);

// 示例2：当想求所有偶数元素的和时，使用 SumEvenStrategy 类
Strategy strategy2 = new SumEvenStrategy();
strategy2.sum(list);

虽然设计模式用起来了，逼格也高起来了，然并卵，代码量依然没有减少，代码并没有做到复用的目的。

有了 Lambda 表达式，以上的一切都变得简单起来，我们可以依赖一个函数式接口：Predicate 接口。

// @since 1.8
@FunctionalInterface
public interface Predicate<T> {
    /**
     * Evaluates this predicate on the given argument.
     *
     * @param t the input argument
     * @return {@code true} if the input argument matches the predicate,
     * otherwise {@code false}
     */
    boolean test(T t);

    ...
 }

里面唯一的抽象方法 test(T t)，一个入参，然后返回一个布尔值，很符合这里的元素判断。

Lambda 的使用如下：

private Integer sum(List<Integer> list, Predicate condition) {
    int sum = 0;
    for (Integer ele : list) {
        if (condition.test(ele)) {
            sum += ele;
        }
    }
    return sum;
}

// 实际使用
List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9);
// 示例1：求所有元素的和
int sum = sum(list, x -> true);
// 示例2：求所有偶数元素的和
sum = tester.sum(list, x -> (int)x % 2 == 0);
// 示例3：求所有大于5的元素的和
sum = tester.sum(list, x -> (int)x > 5);

通过 Lambda 表达式，使用一个函数就搞定一切。

在上面的示例中，多个重复代码片段的唯一异同点，就是对元素的判断行为不同。而 Lambda 表达式，就可以把不同的判断行为当做参数传入 sum() 方法中，达到复用的目的。

c) 原因 3：流的并行化操作

新引入的 Stream 流操作，可以串行，也可以并行：

List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9);
// 串行
Integer reduce = list.stream().reduce((a, b) -> a + b).get();
// 并行，相比串行多了 parallel() 函数
Integer reduce = list.stream().parallel().reduce((a, b) -> a + b).get();

小结

关于 Lambda 表达式的基本使用，本篇就先介绍到这里。但仅仅掌握这些是不足以应付面试的！

在下篇中，我们将会围绕以下几点内容展示：

• Lambda 表达式和匿名内部类的区别？
• 变量作用域
• Java 中的闭包是什么？
• 常用的 Consumer、Supplier 等函数式接口怎么用？

我的公众号文章推荐：

• HashMap 面试题，看这一篇就够了！
• Linux 常用命令用法汇总
• 你了解 Referer 吗？
• ShadowSocks 的原理和使用
• 想定制化你的电脑开机吗？

更多技术文章，欢迎关注我的微信公众号：码不停蹄的小鼠松（微信号：busy_squirrel），也可扫下方二维码关注获取最新文章哦~