Java8： Lambda表达式

1、为什么需要 Lambda

​ 在JavaScript、python等函数式编程语言中，函数是一等公民，它们可以独立存在，你可以将其赋值给一个变量，或将他们当做参数传给其他函数。函数式语言提供了一种强大的功能——闭包，相比于传统的编程方法有很多优势，闭包是一个可调用的对象，它记录了一些信息，这些信息来自于创建它的作用域。

​ Java 世界是严格地以名词（对象）为中心的，强调着面向对象的本质以及源码层的数据类型如何严格变得更加清晰可感。函数对 Java 而言并不重要，在 Java 的世界里，函数无法独立存在。

​ Lambda 表达式为 Java 添加了缺失的函数式编程特点，使我们能将函数当做一等公民看待。尽管不完全正确，我们很快就会见识到 Lambda 与闭包的不同之处，但是又无限地接近闭包。在支持一类函数的语言中，Lambda 表达式的类型将是函数。但是，在 Java 中，Lambda 表达式是对象，他们必须依附于一类特别的对象类型——函数式接口(functional interface)。

2、Lambda 表达式简介

​ Java 中的 Lambda 表达式通常使用 (argument) -> (body) 语法书写，例如：

(arg1, arg2...) -> { body }
(type1 arg1, type2 arg2...) -> { body }

• 以下是一些 Lambda 表达式的例子：

(int a, int b) -> { return a + b; }
() -> System.out.println("Hello World");
(String s) -> { System.out.println(s); }
() -> 42
() -> { return 3.1415 };

• Lambda 表达式的结构

  1. 一个 Lambda 表达式可以有零个或多个参数

  2. 参数的类型既可以明确声明，也可以根据上下文来推断

     如：(int a)与(a)效果相同

  3. 所有参数需包含在圆括号内，参数之间用逗号相隔

     如：(a, b) 或 (int a, int b) 或 (String a, int b, float c)

  4. 空圆括号代表参数集为空

     如：() -> 42

  5. 当只有一个参数，且其类型可推导时，圆括号（）可省略

     如：a -> return a*a

  6. Lambda 表达式的主体可包含零条或多条语句

  7. 如果 Lambda 表达式的主体只有一条语句，花括号{}可省略。匿名函数的返回类型与该主体表达式一致

  8. 如果 Lambda 表达式的主体包含一条以上语句，则表达式必须包含在花括号{}中（形成代码块）。匿名函数的返回类型与代码块的返回类型一致，若没有返回则为空

3、函数式接口

• 标记接口

  Marker（标记）接口是一种没有方法或属性声明的接口，简单地说，marker 接口是空接口。

// 序列化、克隆接口都是标记接口
public interface Serializable {}
public interface Cloneable {}

• 函数式接口

  函数式接口是只包含一个抽象方法声明的接口，如 Runable接口。

// @FunctionalInterface 是 Java8 新加入的一种接口，用于指明该接口类型声明是根据 Java 语言规范定义的函数式接口。
@FunctionalInterface
public interface Runnable {
    public abstract void run();
}

• 自定义的函数式接口

  通过注解 @FunctionalInterface 定义接口为函数式接口，但该接口中存在第二个抽象方法时，将抛出编译时错误：Unexpected @FunctionalInterface annotation

@FunctionalInterface 
public interface WorkerInterface {
     public void doSomeWork();
}

• lambda表达式创建函数式接口实例

// 函数式接口WorkerInterface 测试类
public class WorkerInterfaceTest {
	public static void execute(WorkerInterface worker) {
    	worker.doSomeWork();
	}

	public static void main(String [] args) {
    // 使用匿名内部类调用 doSomeWork()方法
    	execute(new WorkerInterface() {
            @Override
            public void doSomeWork() {
                System.out.println("匿名内部类方式");
            }
    });

    // 使用lambda表达式调用 doSomeWork()方法
    execute( () -> System.out.println("lambda表达式方式") );
	}
}

4、Lambda 表达式举例

• Runable函数式接口

// 匿名内部类:
new Thread(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Hello from thread");
    }
}).start();

// lambda表达式:
new Thread(
	() -> System.out.println("Hello from thread")
).start();

• 双冒号(::)操作符

  注意，使用 Lambda 表达式的方法不止一种。我们先是用常用的箭头语法创建 Lambda 表达式，之后，使用 Java 8 全新的双冒号(::)操作符将一个常规方法转化为 Lambda 表达式。

List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7);
// 增强for:
for(Integer n: list) {
   System.out.println(n);
}

// Lambda表达式:
list.forEach(n -> System.out.println(n));


// 双冒号(::)操作符
list.forEach(System.out::println);

• 断言(Predicate)函数式接口
• Predicate接口

@FunctionalInterface
public interface Predicate<T> {
    boolean test(T t);
	// 其他非抽象方法省略
}

​ 使用断言(Predicate)函数式接口创建一个测试，并打印所有通过测试的元素，这样，你就可以使用 Lambda 表达式规定一些逻辑，并以此为基础有所作为：

public class Main {
	public static void main(String [] a)  {
   		List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7);

    	System.out.println("Print all numbers:");
    	evaluate(list, (n)->true);

    	System.out.println("Print no numbers:");
    	evaluate(list, (n)->false);

    	System.out.println("Print even numbers:");
    	evaluate(list, (n)-> n%2 == 0 );

    	System.out.println("Print odd numbers:");
    	evaluate(list, (n)-> n%2 == 1 );

    	System.out.println("Print numbers greater than 5:");
    	evaluate(list, (n)-> n > 5 );
	}

	public static void evaluate(List<Integer> list, Predicate<Integer> predicate) {
    	for(Integer n: list) 
        	if(predicate.test(n)) 
                System.out.println(n + " "); 
	}
}   

• 打印数组中每个元素的平方

  将 Lambda 表达式 x -> x*x 传给 map() 方法，该方法会作用于流中的所有元素。之后，我们使用 forEach 方法打印数据中的所有元素：

List<Integer> list = Arrays.asList(1,2,3,4,5,6,7);
// 增强for:
for(Integer n : list) {
    int x = n * n;
    System.out.println(x);
}

// labmbda表达式:
// java.util.stream.Stream 渠道流
list.stream().map( (x) -> x*x ).forEach(System.out::println);

• 计算给定数组中每个元素平方后的总和

  使用 map() 给每个元素求平方，再使用 reduce() 将所有元素计入一个数值，这也是 MapReduce 的一个初级例子。

List<Integer> list = Arrays.asList(1,2,3,4,5,6,7);
// 增强for:
int sum = 0;
for(Integer n : list) {
    int x = n * n;
    sum = sum + x;
}
System.out.println(sum);

// labmbda表达式:
int sum = list.stream().map( x -> x*x ).reduce( (x,y) -> x + y ).get();
System.out.println(sum);

5、Lambda 表达式与匿名类的区别

• 关键词的 this 使用
  1. 对于匿名类，关键词 this 解读为匿名类
  2. 对于 Lambda 表达式，关键词 this 解读为 Lambda 的外部类
• 编译方法
  1. 编译器将 Lambda 表达式转化为类里面的私有函数，它使用 Java 7 中新加的 invokedynamic 指令动态绑定该方法，详见Tal Weiss 的文章
  2. 编译器将匿名内部类编译成 外部类名+$+数字（如MyClass​$1.class）形式的class文件。

参考：

1. 深入浅出 Java 8 Lambda 表达式
2. Java 8 Lambda Expressions Tutorial with Examples