Java8新特性一：Lambda Expressions

Lambda表达式

匿名类存在的问题是: 如果匿名类的实现非常简单，例如仅包含一个方法的接口，则匿名类的语法可能看起来很笨拙且不清楚。在这些情况下，您通常 new一个匿名内部类对象作为参数传递给方法，例如，当某人单击按钮时应采取什么措施。Lambda表达式 能实现这样的需求，它可以更紧凑更简洁的表达单方法类的实例。

本篇文章从以下几点介绍一下Lambda表达式：

Lambda表达式用例
- 搜索匹配一个特征的用户
- 更通用的搜索方法
- 在类中指定搜索条件
- 在匿名类中指定搜索条件
- 使用Lambda表达式指定搜索条件
- 将functional interface与Lambda表达式一起使用
- 更广泛的使用Lambda表达式
Lambda表达式的语法
访问局部变量
目标类型

Lambda表达式的用例

假设您正在开发一个社交网络程序。您想新增一个功能，使管理员可以对满足特定条件的社交网络用户执行任何类型的操作，例如发送消息。

用户用以下Person类表示：

public class Person {

    public enum Sex {
        MALE, FEMALE
    }

    String name;
    LocalDate birthday;
    Sex gender;
    String emailAddress;

    public int getAge() {
        // ...
    }

    public void printPerson() {
        // ...
    }
}

并且用户存储在一个List实例中。

我们先从最笨的实现开始，然后使用本地和匿名类对该方法进行改进，最后再使用lambda表达式以一种高效而简洁的方式实现。

搜索匹配一个特定特征的用户

一种简单的实现是：创建几个方法，每个方法都会搜索和一个特征（例如性别或年龄）相匹配的成员。以下方法将打印出超过指定年龄的成员：

public static void printPersonsOlderThan(List roster, int age) {
    for (Person p : roster) {
        if (p.getAge() >= age) {
            p.printPerson();
        }
    }
}

这样做可以满足业务需求，但是他的可扩展性非常差，并且每个特征的一种搜索需要写一个方法，很麻烦。可以考虑以下几个问题：

类的属性有100个甚至1000个呢？
如果要打印小于的顶年龄的成员呢？

更通用的搜索方法

以下方法比前面的 printPersonsOlderThan方法更通用，它会打印指定年龄范围内的成员：

public static void printPersonsWithinAgeRange(List roster, int low, int high) {
    for (Person p : roster) {
        if (low <= p.getAge() && p.getAge() < high) {
            p.printPerson();
        }
    }
}

考虑以下几个问题：

如果要打印指定性别或指定性别和年龄范围的组合，该怎么办？
如果您决定更改Person班级并添加其他属性，例如关系状态或地理位置，该怎么办？
尽管此方法比上面的printPersonsOlderThan通用，但尝试为每个特征创建单独的方法仍会导致代码脆弱。

在类中指定搜索条件

下面的方法打印和指定的搜索条件匹配的用户：

public static void printPersons(List roster, CheckPerson tester) {
    for (Person p : roster) {
        if (tester.test(p)) {
            p.printPerson();
        }
    }
}

这个方法会遍历List中的Person对象，通过CheckPerson检查每个Person，如果满足搜索条件，就会输出Person信息。

要指定搜索条件，实现以下 CheckPerson接口：

interface CheckPerson {
    boolean test(Person p);
}

下面的类实现了CheckPerson接口并且实现了接口中的test的方法，这个方法筛选男性且年龄在18至25岁之间的用户。

class CheckPersonEligibleForSelectiveService implements CheckPerson {
    public boolean test(Person p) {
        return p.gender == Person.Sex.MALE &&
            p.getAge() >= 18 &&
            p.getAge() <= 25;
    }
}

使用CheckPerson

printPersons(
    roster, new CheckPersonEligibleForSelectiveService());

在匿名类中指定搜索条件

以下方法传入的第二个参数是一个匿名类，该类筛选男性且年龄在18至25岁之间的用户：

printPersons(
    roster,
    new CheckPerson() {
        public boolean test(Person p) {
            return p.getGender() == Person.Sex.MALE
                && p.getAge() >= 18
                && p.getAge() <= 25;
        }
    }
);

这种方法减少了代码量，因为您不必为每个搜索条件创建一个类。但是，考虑到CheckPerson接口仅包含一个方法，并且匿名类的代码相当庞大，在这种情况下，您可以使用lambda表达式代替匿名类。

使用Lambda表达式指定搜索条件

CheckPerson 接口是一个functional interface。functional interface是仅包含一个抽象方法的接口。（functional interface可能包含一个或多个 默认方法或 静态方法。）由于functional interface仅包含一个抽象方法，因此在实现该方法时可以省略该方法的名称。因此，可以使用lambda表达式（而不是使用匿名类表达式）。

printPersons(
    roster,
    (Person p) -> p.getGender() == Person.Sex.MALE
        && p.getAge() >= 18
        && p.getAge() <= 25
);

可以使用functional interface来代替CheckPerson，这可以进一步减少所需的代码量。

将functional interface与Lambda表达式一起使用

interface CheckPerson {
    boolean test(Person p);
}

CheckPerson一个非常简单的接口，是一个functional interface。因为JDK已经提供了一些通用的functional interface，可以在java.util.function包中找到它们。所以，我们可以直接使用这些functional interface，如果能够满足我们的需求，我们没必要再定义这样的接口。

例如，可以使用 Predicate 接口代替CheckPerson。该接口包含方法boolean test(T t)：

interface Predicate {
    boolean test(T t);
}

此接口仅包含一个参数类型T。当使用实际参数声明或实例化泛型类型时，您将拥有一个参数化类型。例如，参数化类型Predicate如下：

interface Predicate {
    boolean test(Person t);
}

此参数化类型包含一个方法，该方法的参数和返回类型与CheckPerson.boolean test(Person p)相同。因此，可以用Predicate代替CheckPerson：

public static void printPersonsWithPredicate(
    List roster, Predicate tester) {
    for (Person p : roster) {
        if (tester.test(p)) {
            p.printPerson();
        }
    }
}

因此，以下方法调用和在类中指定搜索条件有相同的效果：

printPersonsWithPredicate(
    roster,
    p -> p.getGender() == Person.Sex.MALE
        && p.getAge() >= 18
        && p.getAge() <= 25
);

这不是使用lambda表达式的唯一方式。

更广泛的使用Lambda表达式

重新看一下printPersonsWithPredicate方法，看看在什么地方还可以使用lambda表达式：

public static void printPersonsWithPredicate(
    List roster, Predicate tester) {
    for (Person p : roster) {
        if (tester.test(p)) {
            p.printPerson();
        }
    }
}

我们接下来将printPerson方法用Lambda表达式代替，那么我们需要一个functional interface，该方法可以传入一个Person类型的参数并返回void。很幸运，JDK提供的 Consumer接口满足这样的需求。

public static void processPersons(
    List roster,
    Predicate tester,
    Consumer block) {
        for (Person p : roster) {
            if (tester.test(p)) {
                block.accept(p);
            }
        }
}

调用该方法时的写法如下：

processPersons(
     roster,
     p -> p.getGender() == Person.Sex.MALE
         && p.getAge() >= 18
         && p.getAge() <= 25,
     p -> p.printPerson()
);

如果想对个人资料进行更多处理而不仅仅打印出来，该怎么办？假设要验证用户的个人资料或检索他们的联系信息？在这种情况下，需要一个functional interface，其中包含一个有返回值的抽象方法。很幸运，JDK提供的 Function 接口接口满足这样的需求。

public static void processPersonsWithFunction(
    List roster,
    Predicate tester,
    Function mapper,
    Consumer block) {
    for (Person p : roster) {
        if (tester.test(p)) {
            String data = mapper.apply(p);
            block.accept(data);
        }
    }
}

以下调用先从符合条件的Person中获取电子邮件信息，然后打印出来：

processPersonsWithFunction(
    roster,
    p -> p.getGender() == Person.Sex.MALE
        && p.getAge() >= 18
        && p.getAge() <= 25,
    p -> p.getEmailAddress(),
    email -> System.out.println(email)
);

Lambda表达式的语法

Lambda表达式包含以下内容：

参数以逗号分隔，用括号括起来。CheckPerson.test方法包含一个参数p, 它代表Person类的一个实例。

注意：可以省略lambda表达式中参数的数据类型。此外，如果只有一个参数，则可以省略括号。例如，以下lambda表达式也有效：

p-> p.getGender（）== Person.Sex.MALE 
    && p.getAge（）> = 18
    && p.getAge（）<= 25

箭头标记 ->
由单个表达式或语句块组成。本示例使用以下表达式：

p.getGender（）== Person.Sex.MALE 
    && p.getAge（）> = 18
    && p.getAge（）<= 25

如果指定单个表达式，将计算表达式并返回其值。另外，可以使用return语句：

p -> {
    return p.getGender() == Person.Sex.MALE
        && p.getAge() >= 18
        && p.getAge() <= 25;
}

return语句不是表达式。在lambda表达式中，必须将语句括在大括号{}中。但是，对void方法的调用不用括在大括号中。例如，以下是有效的lambda表达式：

email -> System.out.println(email)

注意，lambda表达式看起来很像方法声明。可以将lambda表达式视为匿名方法，即没有名称的方法。

以下示例， Calculator定义多个参数的lambda表达式示例：

public class Calculator {
  
    interface IntegerMath {
        int operation(int a, int b);   
    }
  
    public int operateBinary(int a, int b, IntegerMath op) {
        return op.operation(a, b);
    }
 
    public static void main(String... args) {
    
        Calculator myApp = new Calculator();
        IntegerMath addition = (a, b) -> a + b;
        IntegerMath subtraction = (a, b) -> a - b;
        System.out.println("40 + 2 = " +  myApp.operateBinary(40, 2, addition));
        System.out.println("20 - 10 = " + myApp.operateBinary(20, 10, subtraction));    
    }
}

该方法operateBinary对两个整数进行数学运算。由IntegerMath的具体实现来计算。示例中定义了两个Lambda表达式：addition 和 subtraction。示例输出以下内容：

40 + 2 = 42
20-10 = 10

访问局部变量

像本地和匿名类一样，lambda表达式可以访问变量。它们对局部变量具有相同的访问权限。

import java.util.function.Consumer;

public class LambdaScopeTest {

    public int x = 0;

    class FirstLevel {

        public int x = 1;

        void methodInFirstLevel(int x) {
            
            // The following statement causes the compiler to generate
            // the error "local variables referenced from a lambda expression
            // must be final or effectively final" in statement A:
            //
            // x = 99;
            
            Consumer myConsumer = (y) -> 
            {
                System.out.println("x = " + x); // Statement A
                System.out.println("y = " + y);
                System.out.println("this.x = " + this.x);
                System.out.println("LambdaScopeTest.this.x = " + LambdaScopeTest.this.x);
            };

            myConsumer.accept(x);

        }
    }

    public static void main(String... args) {
        LambdaScopeTest st = new LambdaScopeTest();
        LambdaScopeTest.FirstLevel fl = st.new FirstLevel();
        fl.methodInFirstLevel(23);
    }
}

本示例输出：

x = 23
y = 23
this.x = 1
LambdaScopeTest.this.x = 0

如果在myConsumer声明里用参数x代替y，编译器将报错：

Consumer myConsumer = (x) -> {
    // ...
}

错误信息：methodInFirstLevel（int）方法已经定义了变量x 。这是因为lambda表达式未引入新的作用域级别。因此，您可以直接访问该范围的字段、方法和局部变量。例如，lambda表达式直接访问methodInFirstLevel方法的x参数。要访问类中的变量，请使用关键字this。在此示例中，this.x引用成员变量FirstLevel.x。

与本地和匿名类一样，lambda表达式只能访问用final或effectively final的局部变量和参数。例如，假设您在methodInFirstLevel方法内部添加以下赋值语句：

void methodInFirstLevel（int x）{
     x = 99;
    // ...
}

由于改变了x的值，所以该变量不再是final或实际上final类型的变量。由于lambda表达式myConsumer会访问FirstLevel.x变量，结果Java编译器报一条错误信息，类似于lambda表达式引用的本地变量必须是final或实际上是final。

System.out.println（“ x =” + x）;

目标类型

您如何确定Lambda表达式的类型？回忆一下选择年龄在18至25岁之间的男性用户的lambda表达式：

p -> p.getGender() == Person.Sex.MALE
    && p.getAge() >= 18
    && p.getAge() <= 25

此lambda表达式用在以下两个方法：

public static void printPersons(List roster, CheckPerson tester)

public void printPersonsWithPredicate(List roster, Predicate tester)

当调用printPersons方法时，它期望的数据类型为CheckPerson，因此lambda表达式为该类型。但是，当调用printPersonsWithPredicate方法时，它期望的数据类型为Predicate，因此lambda表达式就是这种类型。

这些方法期望的数据类型称为目标类型。

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