Java8新特性—Lambda表达式与函数式编程

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本文作者：Rujion

在JDK8之前，我们常会使用匿名类来表示一些的代码块，从外部传递方法，但是十分繁琐。在JDK8中，出现了一个新的工具Lambda表达式，同时也引进了一种新的编程方式——函数式编程。

##1.什么是函数式编程

在聊Lambda表达式之前，先聊聊函数式编程。
函数式编程是种编程方式，它将电脑运算视为函数的计算。函数编程语言最重要的基础是λ演算（lambda calculus），而且λ演算的函数可以接受函数当作输入（参数）和输出（返回值）。
简单的说，函数式编程更强调的是函数的计算，这使得它方便理解，灵活性更高。函数式编程有几个鲜明的特性：

a)函数是"第一等公民"
“第一等公民”表示函数和其他数据类型一样，可以赋值给变量，可以作为参数或返回值

b)没有"副作用"：
所谓"副作用"，指的是函数内部与外部互动（最典型的情况，就是修改全局变量的值），产生运算以外的其他结果。
函数式编程强调没有"副作用"，意味着函数要保持独立，所有功能就是返回一个新的值，没有其他行为，尤其是不得修改外部变量的值。

c)不修改状态
与上条类似，函数式编程只返回新的值，而不改变变量，

d)引用透明性
即对于相同的输入，函数总是返回相同的结果，也就是说函数表达式是纯粹的，不依赖于其他全局变量或计算顺序等。

相对其他编程方式，函数式编程有着其独特的优势，首先由于其关注计算本身的特点，函数式编程的代码往往比较简洁，同时也利于理解。同时，由于它不依赖于外部，所以方便单元测试与除错。同时由于函数式编程不改变变量，所以他易于并发编程，因为不改变变量，所以线程间不会互相干预或抢占锁。

##2.什么是Lambda表达式：

举个例子：
之前我们对集合进行排序可能是这样的：

List list = new ArrayList<>();

list.sort(new Comparator() {
   @Override
   public int compare(Integer o1, Integer o2) {
      return o1.compareTo(o2);
   }
});

使用Lambda表达式后：
List list = new ArrayList<>();

list.sort((o1, o2) -> o1.compareTo(o2));
是不是显得十分简单易懂。
Lambda表达式通用形式如下：

		(parameter1, parameter2,.....) -> {
statsment1
statsment2
......
return ...;
}

即形参 -> 表达式/方法体。
对于单个参数，也可以简化为：

		parameter -> {
statsment1
statsment2
......
return ...;
}

对于单个语句，可简化为：
parameter -> stasment
对于函数引用：
1)静态方法引用：
args -> StaticClass.method(args) 等价于 StaticClass :: method
2)实例方法引用：
(args) -> inst.method(args) 等价于 inst :: method
3)对象方法引用：
(inst, args) –> inst.method(args) 等价于 StaticClass :: method
4)构造方法引用：
x->new Class(x) 等价于 Class :: new

##3. Lambda表达式的实现
Lambda表达式其实是Java8对接口实现类的另一方式，避免了代码中的匿名类，但是这也是有一定条件的，这一接口必须是函数式接口 —— 只有一个抽象方法的接口，可以通过 @FunctionalInterface 来修饰。
为了便于开发，Java8 还提供了一些内置接口，方便直接重写。

1. Consumer 对类型为T的对象应用操作，没有返回值
2. Supplier 返回类型为T的对象
3. Function 对类型为T的对象应用操作并返回R类型的对象。
4. Predicate 确定类型为T的对象是否满足约束，返回值为boolean型。

##4. Lambda表达式的使用
来举个例子：

public class Student {
    private int age;
    private String name;
    private int id;
}

用最简单的排序做个例子：
List students = new ArrayList<>();
students.sort((std1, std2) -> std1.getAge() - std2.getAge());

进一步的可以使用Comparator内置的方法
List students = new ArrayList<>();
students.sort(Comparator.comparingInt(Student::getAge));
我们可以将这一Comparator存为静态变量方便调用

public class Student {
    private int age;
    private String name;
    private int id;

    public static Comparator BYAGE = Comparator.comparingInt(Student::getAge);
    public static Comparator BYNAME = Comparator.comparing(Student::getName);
    public static Comparator BYID = Comparator.comparingInt(Student::getId);
	}

有时候我们需要对多个字段排序，按照以前的方法，我们可能要多些一个方法或匿名类来进行新的排序，但是使用Lambda表达式，我们就可以复用已经写好的

Comparator。
List students = new ArrayList<>();
students.sort(Student.BYAGE
            .thenComparing(Student.BYNAME));

当然，Lambda表达式还有一个重要的使用场景 —— Stream，Stream让我们能非常方便高效的对集合进行各种操作。
例如：
List students = new ArrayList<>();
List nameList = students.stream()
.sorted(Student.BYAGE)
.map(Student::getName)
.collect(Collectors.toList());

很方便的就取出了按年龄排序后学生的名称列表，而且方便代码阅读与理解，当然Stream结合Lambda表达式还有许多使用方法，这里不一一叙述了，可以看到，Lambda表达式大大精简了代码量，同时也使代码便于理解与复用。

##5. Lambda表达式使用注意

1. Lambda表达式中的this 表示的是表达式声明的外部对象，而不是Lambda表达式操作的对象
2. Lambda表达式引用外部对象时，由于其不改变外部变量的值，会默认加上final标签，所以在Lambda内部是无法改变外部变量的值。
3. Lambda 表达式是惰性计算的，只有在代码真正执行时才会进行求解计算，利用这一特性可以实现无限输出等特殊功能。

##6.总结

Lambda 的出现为Java带来了函数式编程的新编程方式，使得我们可以用更简洁易懂的代码实现更复杂，更灵活的功能。相信这一新特性也能为代码复用，解耦合带来不少的方便，学习与使用Lambda表达式能为我们的编程带来提高。