Java 8 Lambda（语言篇——lambda，方法引用，目标类型和默认方法）

参考资料：

• https://www.cnblogs.com/figure9/archive/2014/10/24/4048421.html

关键问题

• Java 8中的lambda为什么要设计成这样？（为什么要一个lambda对应一个接口？而不是Structural Typing？）

• lambda和匿名类型的关系是什么？lambda是匿名对象的语法糖吗？

• Java 8是如何对lambda进行类型推导的？它的类型推导做到了什么程度？

• Java 8为什么要引入默认方法？

• Java编译器如何处理lambda？

主要内容

• lambda表达式（又被成为“闭包”或“匿名方法”）

• 方法引用和构造方法引用

• 扩展的目标类型和类型推导

• 接口中的默认方法和静态方法

1 、背景

Java API中定义了一个接口（一般被称为回调接口），用户通过提供这个接口的实例来传入指定行为，例如：

public interface ActionListener {

void actionPerformed(ActionEvent e);

}

这里并不需要专门定义一个类来实现ActionListener接口，因为它只会在调用处被使用一次。用户一般会使用匿名类型把行为内联（inline）：

button.addActionListener(new ActionListener) {

public void actionPerformed(ActionEvent e) {

ui.dazzle(e.getModifiers());

}

}

随着回调模式和函数式编程风格的日益流行，我们需要在Java中提供一种尽可能轻量级的将代码封装为数据（Model code as data）的方法。匿名内部类并不是一个好的选择，因为：

• 语法过于冗余

• 匿名类中的this和变量名容易使人产生误解

• 类型载入和实例创建语义不够灵活

• 无法捕获非final的局部变量

• 无法对控制流进行抽象

上面的多数问题均在Java SE 8中得以解决：

• 通过提供更简洁的语法和局部作用域规则，Java SE 8彻底解决了问题1和问题2

• 通过提供更加灵活而且便于优化的表达式语义，Java SE 8绕开了问题3

• 通过允许编译器推断变量的“常量性”（finality），Java SE 8减轻了问题4带来的困扰

2 函数式接口（SAM类型）

• ActionListener、Runnable、Comparator等

• 编译器根据接口格式自行判断；使用@FunctionalInterface注解判断；

除此之外，Java SE 8中增加了一个新的包：java.util.function，它里面包含了常用的函数式接口，例如：

• Predicate——接收T对象并返回boolean

• Consumer——接收T对象，不返回值

• Function——接收T对象，返回R对象

• Supplier——提供T对象（例如工厂），不接收值

• UnaryOperator——接收T对象，返回T对象

• BinaryOperator——接收两个T对象，返回T对象

3 lambda表达式

• lambada表达式其实就是一个函数，广泛的被作为一个回调函数使用

• 解决‘高度问题’：

  // Java 8之前： new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { System.out.println("Before Java8, too much code for too little to do"); } }).start();

  1 2	//Java 8方式： new Thread( () -> System.out.println("In Java8, Lambda expression rocks !!") ).start();

  
  

• 几个lambda表达式：

  (int x, int y) -> x + y () -> 42 (String s) -> { System.out.println(s); }

  • 表达式由参数列表、箭头符号和函数体构成；函数体既可以是一个表达式，也可以是一个语句块

    FileFilter java = (File f) -> f.getName().endsWith("*.java");

    new Thread(() -> {

      connectToService();

      sendNotification();

    }).start();

    
    

4 目标类型

• 编译器负责推导lambda表达式的类型。它利用lambda表达式所在上下文所期待的类型进行推导，这个被期待的类型被称为目标类型。

  Callable c = () -> "done"; Comparator c = (s1, s2) -> s1.compareToIgnoreCase(s2);

  也因此参数列表也不需要再体现参数类型，同时也为了不将‘高度问题’变成‘宽度问题’；

• 检查是否符合目标类型

  • T是一个函数式接口

  • lambda表达式的参数和T的方法参数在数量和类型上一一对应

  • lambda表达式的返回值和T的方法返回值相兼容（Compatible）

  • lambda表达式内所抛出的异常和T的方法throws类型相兼容

• 目标类型上下文

  List ps = ... Stream names = ps.stream().map(p -> p.getName());

• 在上面的代码中，ps的类型是List，所以ps.stream()的返回类型是Stream。

• map()方法接收一个类型为Function的函数式接口，这里T的类型即是Stream元素的类型，也就是Person，而R的类型未知。

• 由于在重载解析之后lambda表达式的目标类型仍然未知，我们就需要推导R的类型。

• 通过对lambda表达式函数体进行类型检查，我们发现函数体返回String，因此R的类型是String，因而map()返回Stream。

• 转型表达式（Cast expression）可以显式提供lambda表达式的类型，这个特性在无法确认目标类型时非常有用：

  Object o = (Runnable) () -> { System.out.println("hi"); };

  
  

5 关于变量的问题

• 内部类中通过继承得到的成员（包括来自Object的方法）可能会把外部类的成员掩盖，lambda表达式函数体里面的变量和它外部环境的变量具有相同的语义。

• java 7中的变量必须被声明为final，才能在内部类中使用；java 8 放宽限制，有效只读类型的变量也允许；简而言之，lambda表达式对值封闭，对变量开放。

int sum = 0; list.forEach(e -> { sum += e.size(); }); // Illegal, close over values List aList = new List<>(); list.forEach(e -> { aList.add(e); }); // Legal, open over variables

对于值的修改，可以使用reduce方法。

6 方法引用

• 方法引用和lambda表达式拥有相同的特性

  Person[] people = ...

  //lambda表达式

  Comparator byName = Comparator.comparing(p -> p.getName());

  //方法引用

  Comparator byName = Comparator.comparing(Person::getName);

• 这里的Person::getName可以被看作为lambda表达式的简写形式。尽管方法引用不一定会把语法变的更紧凑，但它拥有更明确的语义 。

• 函数式接口的方法参数对应于隐式方法调用时的参数 ：

  Consumer b1 = System::exit;    // void exit(int status)

  Consumer b2 = Arrays:sort;    // void sort(Object[] a)

  Function upperfier = String::toUpperCase; // String toUpperCase(String str)

  Predicate isKnown = knownNames::contains; // boolean contains(String str)

• 方法引用有很多种，它们的语法如下，静态方法和实例方法的引用并无不同，编译器会自己判断调用的方法：

• 静态方法引用：ClassName::methodName

• 实例上的实例方法引用：instanceReference::methodName

• 超类上的实例方法引用：super::methodName

• 类型上的实例方法引用：ClassName::methodName

• 构造方法引用：Class::new

• 数组构造方法引用：TypeName[]::new

7 默认方法和静态接口方法

• Java SE 7时代为一个已有的类库增加功能是非常困难的

• 默认方法拥有其默认实现，实现接口的类型通过继承得到该默认实现（如果类型没有覆盖该默认实现）

• 可以向函数式接口中添加默认方法，而不用担心函数式接口的单抽象方法限制

interface Iterator<E> { boolean hasNext(); E next(); void remove(); default void forEachRemaining(Consumer action) { Objects.requireNonNull(action); while (hasNext()) action.accept(next()); } }

• 当接口继承其它接口时，我们既可以为它所继承而来的抽象方法提供一个默认实现，也可以为它继承而来的默认方法提供一个新的实现，还可以把它继承而来的默认方法重新抽象化。

• Java SE 8允许在接口中定义静态方法。这使得我们可以从接口直接调用和它相关的辅助方法（Helper method），

  而不是从其它的类中调用（之前这样的类往往以对应接口的复数命名，例如Collections）。

  public static super U>> Comparator comparing(Function<T, U> keyExtractor) { return (c1, c2) -> keyExtractor.apply(c1).compareTo(keyExtractor.apply(c2)); }

8 应用示例

• java 8之前的写法

  List people = ... Collections.sort(people, new Comparator() { public int compare(Person x, Person y) { return x.getLastName().compareTo(y.getLastName()); } })

• 利用lambda表达式去除匿名类

  Collections.sort(people, (Person x, Person y) -> x.getLastName().compareTo(y.getLastName()));

• 使用Comparator接口提供的静态方法comparing提升代码的抽象程度

  Collections.sort(people, Comparator.comparing((Person p) -> p.getLastName()));

• 通过java 8的类型推导机制，进一步简化代码

  Collections.sort(people, comparing(p -> p.getLastName()));

• 使用方法引用

  Collections.sort(people, comparing(Person::getLastName));

• 使用List的默认方法代替Collections，无需引入冗余的代码，开发者也无需知道还有Collections.sort方法用于处理List的排序问题。

  people.sort(comparing(Person::getLastName));