Java 8新特性：学习如何使用Lambda表达式（一）

作者：享学课堂Peter老师

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我将分为两篇系列文章来描述了使用Java 8的新特性 - lambda表达式。

目录

• 介绍
• 我们为什么需要lambdas？
• Lambdas的语法
• 功能接口
• 方法参考
• 构造函数参考
• 可变范围
• 默认方法
• 结论

介绍

Java 8版本是当前java界流行最广的一个版本。它的主要改进是在面向对象的基础上增加了对函数式编程的支持。在本文中，我将展示lambda的基本语法，并阐释几种适用的上下文环境。

我们为什么需要lambdas？

lambda表达式是一个可以传递的代码块，允许您稍后执行它，只执行一次或多次。说到这里，你可能感觉似曾相识，看下面的这段业务场景：

我们经常自定义比较器来进行集合排序。比如现在要按字符串长度对字符串进行排序，通常做法是自定义一个Comparator对象并传递给方法进行排序，如下：

class LengthStringComparator implements Comparator {
    public int compare(String firstStr, String secondStr) {
        return Integer.compare(firstStr.length(), secondStr.length());
    }
} 
Arrays.sort(strings, new LengthStringComparator ()); 

我们编写了一段用于比较元素的代码片段，封装在自定义的Comparator里。Arrays.sort方法会在适当时机调用此代码片段，对strings数组进行排序。

那么，这个适当时机，是什么时候呢？它可能是某个界面上的一个按钮被点击时，也可能是某个新线程被启动时，像下面doWork方法被调用时：

class MyRunner implements Runnable {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 1000; i++)
            doWork();
    } 
    ... 
} 

于是，当我们想要执行此代码时，就实例化一个MyRunner对象。然后，把实例放入线程池，或者只是启动一个新线程：

MyRunner r = new MyRunner();
new Thread(r).start(); 

总结一下整个场景：我把一段代码块传递给某人 - 线程池，排序方法或按钮。希望在适当时机需要时，他们调用我这段代码来进行排序。

在java8以前，想要传递代码块很不容易。我们只能把代码块写在一个特殊类里，然后实例化一个类对象来传递这段代码。

在其他语言中，例如C＃，则可以直接使用代码块。java语言设计者多年来一直反对添加此功能。理由无非是想要保持语法的简单性和一致性。但却牺牲了编码便利性。

在下一节中，我们一起来了解如何在Java中使用代码块。

Lambdas的语法

让我们再次回到字符串排序。我们提供了确定哪个字符串更短的代码。我们计算

Integer.compare(firstStr.length(), secondStr.length())

这一行代码无非表达了一个意思，使用Integer.compare对firstStr和secondStr进入排序。

让我们用提问的方式来更明确的描述这个意思：

1、我们要处理的入参数数据是什么？是什么数据类型？

2、使用什么代码片断来对它们进行处理？

有了提问，回答就容易了。是对这样的入参数据进行处理(String firstStr, String secondStr)，使用这样的 Integer.compare(firstStr.length(),secondStr.length()) 代码片断。

于是，有了我们第一个lambda表达式！此表达式指定代码块和必须传递给代码块的变量。

(String firstStr, String secondStr)
    -> Integer.compare(firstStr.length(),secondStr.length()) 

还有一点历史…关于lambda这个名字的来历？很久以前，在计算机还没有出世的时候，数学家Alonzo Church想要形式化数学函数有效计算的意义。（有一些已知存在的函数，但没有人知道如何计算它们的值。）他使用希腊符号lambda（λ）来标记参数。从那以后，带有参数变量的表达式被称为“lambda表达式”。

Java lambda略有几种不同的形式。让我们更仔细地考虑一下。您刚刚看到其中一个：参数， - >箭头和表达式。如果代码包含的计算不适合单个表达式，那么就像编写方法一样编写它：将代码放入{}并添加显式return语句。例如，

(String firstStr, String secondStr) -> {
    if (firstStr.length() < secondStr.length()) return -1;
    else if (firstStr.length() > secondStr.length()) return 1;
    else return 0;
} 

如果lambda中没有参数，你仍然应该放置空括号，就像无参数方法一样：

() -> { for (int i = 0; i < 1000; i++) doSomething(); }

如果可以推断lambda的参数类型，则可以省略它们。例如，

Comparator comp
= (firstStr, secondStr) // Same as (String firstStr, String secondStr)
-> Integer.compare(firstStr.length(),secondStr.length());

此时，编译器可以找出firstStr并且secondStr是字符串，因为我们将lambda分配给字符串比较器。（我们稍后会仔细研究这段代码。）

如果一个方法只有一个参数，编译器可以推导出是哪种类型，你甚至可以省略括号：

EventHandler listener = event ->
System.out.println("The button has been clicked!");
// Instead of (event) -> or (ActionEvent event) -> 

此外，您可以像final方法参数一样，将修饰符和注释放在lambda参数中：

(final String var) -> ...
(@NonNull String var) -> ...

您永远不需要指定lambda表达式的结果类型。编译器总是从上下文中推断出它。例如，您可以使用lambda

(String firstStr, String secondStr) -> Integer.compare(firstStr.length(), secondStr.length()) 

其中int预期作为结果类型。

请注意，在lambda中，您不能返回不在分支中的值。例如，(int x) -> { if (x <= 1) return -1; }无效。

功能接口

像我们文章开头讨论的那样，Java可以借用接口来封装代码块，比如Runnable或Comparator。这对Lambdas同样适用。

在Java中有所谓的功能接口 - 一个只有单个抽象方法实现的接口对象。只要需要功能接口的对象，就可以使用lambda表达式。

让我们考虑一下Arrays.sort方法的例子。在这里我们可以看到用lambda替换功能接口。我们只是将lambda作为第二个参数传递给方法，该参数需要一个Comparator对象，该接口只有一个方法。

Arrays.sort(strs,
(firstStr, secondStr) -> Integer.compare(firstStr.length(), secondStr.length()));

实际上该Arrays.sort方法接收一些类实现的对象Comparator。compare调用该方法时，它会强制执行lambda表达式主体。这些对象和类的结构完全取决于实现。它不仅可以使用传统的内部类。也许最好将lambda表示为一个函数，而不是作为一个对象，并发现我们可以将它传递给一个功能接口。

这种对接口的转换是lambda表达式令人兴奋的原因。语法简短。这是另一个例子：

button.setOnAction(event ->
System.out.println("The button has been clicked!")); 

是不是很易读？

事实上，你在Java中使用lambda表达式唯一能做的就是转换。

Java API中的java.util.function包中有几个通用的功能接口。其中之一，BiFunction代表与参数类型的函数T和U和返回类型R。您可以将字符串比较lambda传给这样的变量：

BiFunction compareFunc
= (firstStr, secondStr) -> Integer.compare(firstStr.length(), secondStr.length());

您可以在不同的Java 8 API中看到java.util.function中的这些接口。在Java 8中，任何功能接口都可以用@FunctionalInterface。这个注释是可选的，但却是一个很好的风格。首先，它强制编译器检查带注释的实体是否是具有单个抽象方法的接口。第二是告诉javadoc页面包含一个声明，这个接口是一个功能接口。根据定义，任何只有一个抽象方法的接口都是一个功能接口。但是，使用此关键字可以更加清晰。

顺便说一句，在将lambda转换为功能接口时，可能会出现已检查的异常。如果lambda表达式的主体抛出已检查的异常，则应在目标接口的抽象方法中声明此异常。例如，以下代码将导致错误：

Runnable sleepingRunner = () -> { System.out.println("…"); Thread.sleep(1000); };
// Error: Thread.sleep can throw a checkedInterruptedException

此语句不正确，因为该run方法不能抛出任何异常。有两种方法应对此问题。

一种方法是捕获lambda体中的异常。第二个是将此lambda分配给具有单个抽象方法的接口，该方法可以抛出异常。例如，call接口的方法Callable可以生成任何异常。因此，如果return null在lambda主体的末尾添加，则可以将lambda分配给Callable实例。

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