[Java高级]（五）【Java8新特性】lambda表达式与函数式接口
lambda表达式详解
- Java8新特性
-
- lambda表达式
-
- 对接口的要求
- 基本语法
- 语法简化
- 常用示例
-
- 示例1：方法引用
- 示例2：构造方法的引用
- 示例3：lambda 表达式创建线程
- 示例4：遍历集合
- 示例5：删除集合中的某个元素
- 示例6：集合内元素的排序
- 闭包问题
- 函数式接口
-
- 基本应用
- 其他函数接口
Java8新特性
Java8于2014年发布，相比于Java7，Java8新增了非常多的特性，如lambda表达式、函数式接口、方法引用、默认方法、新工具(编译工具)、Stream API、Date Time API、Optional等。
lambda表达式
lambda表达式(又称闭包或匿名函数)，可以取代大部分的匿名内部类，写出更优雅的 Java 代码，尤其在集合的遍历和其他集合操作中，可以极大地优化代码结构。主要优点在于简化代码、增强代码可读性、并行操作集合等。它允许我们将函数当成参数传递给某个方法，或者把代码本身当作数据处理。
对接口的要求
虽然使用 Lambda 表达式可以对某些接口进行简单的实现，但并不是所有的接口都可以使用 Lambda 表达式来实现。Lambda 规定接口中只能有一个需要被实现的方法，不是规定接口中只能有一个方法。
基本语法
语法形式为 () -> {}，其中 () 用来描述参数列表，{} 用来描述方法体，-> 为 lambda运算符 ，读作(goes to)。
(parameters) -> expression
或
(parameters) ->{ statements; }
特性：
- 可选类型声明：不需要声明参数类型，编译器可以统一识别参数值；
- 可选的参数圆括号：一个参数无需定义圆括号，但多个参数需要定义圆括号；
- 可选的大括号：主体只包含一个语句时可省略大括号；
- 可选的返回关键字：主体只包含一个表达式返回值并省略大括号时，编译器会自动return返回值；有大括号时，需要显式指定表达式return了一个数值。
特性示例：
//1、无参数，返回值1
() -> 1
//2、无参数，无返回值
() -> System.out.print("Java8 lambda.");
//3、1个参数，参数类型为数字，返回值为其值的5倍
x -> 5 * x
//4、2个参数，参数类型均为数字，返回值为其差值
(x, y) -> x - y
//5、2个参数，指定参数类型均为int型，返回值为其差值
(int x, int y) -> x - y
//6、1个参数，指定参数类型为String ，无返回值
(String str) -> System.out.print(str)
这里给出六个接口，后文的全部操作都利用这六个接口来进行阐述：
/**多参数无返回*/
@FunctionalInterface
public interface NoReturnMultiParam {
void method(int a, int b);
}
/**无参无返回值*/
@FunctionalInterface
public interface NoReturnNoParam {
void method();
}
/**一个参数无返回*/
@FunctionalInterface
public interface NoReturnOneParam {
void method(int a);
}
/**多个参数有返回值*/
@FunctionalInterface
public interface ReturnMultiParam {
int method(int a, int b);
}
/*** 无参有返回*/
@FunctionalInterface
public interface ReturnNoParam {
int method();
}
/**一个参数有返回值*/
@FunctionalInterface
public interface ReturnOneParam {
int method(int a);
}
public class Test1 {
public static void main(String[] args) {
//无参无返回
NoReturnNoParam noReturnNoParam = () -> {
System.out.println("NoReturnNoParam");
};
noReturnNoParam.method();
//一个参数无返回
NoReturnOneParam noReturnOneParam = (int a) -> {
System.out.println("NoReturnOneParam param:" + a);
};
noReturnOneParam.method(6);
//多个参数无返回
NoReturnMultiParam noReturnMultiParam = (int a, int b) -> {
System.out.println("NoReturnMultiParam param:" + "{" + a +"," + + b +"}");
};
noReturnMultiParam.method(6, 8);
//无参有返回值
ReturnNoParam returnNoParam = () -> {
System.out.print("ReturnNoParam");
return 1;
};
int res = returnNoParam.method();
System.out.println("return:" + res);
//一个参数有返回值
ReturnOneParam returnOneParam = (int a) -> {
System.out.println("ReturnOneParam param:" + a);
return 1;
};
int res2 = returnOneParam.method(6);
System.out.println("return:" + res2);
//多个参数有返回值
ReturnMultiParam returnMultiParam = (int a, int b) -> {
System.out.println("ReturnMultiParam param:" + "{" + a + "," + b +"}");
return 1;
};
int res3 = returnMultiParam.method(6, 8);
System.out.println("return:" + res3);
}
}
建议，从程序的严谨性角度出发，尽量指明函数的参数类型，避免出错！！！
语法简化
我们可以通过观察以下代码来完成代码的进一步简化，写出更加优雅的代码。
public class Test2 {
public static void main(String[] args) {
//1.简化参数类型，可以不写参数类型，但是必须所有参数都不写
NoReturnMultiParam lamdba1 = (a, b) -> {
System.out.println("简化参数类型");
};
lamdba1.method(1, 2);
//2.简化参数小括号，如果只有一个参数则可以省略参数小括号
NoReturnOneParam lambda2 = a -> {
System.out.println("简化参数小括号");
};
lambda2.method(1);
//3.简化方法体大括号，如果方法条只有一条语句，则可以省略方法体大括号
NoReturnNoParam lambda3 = () -> System.out.println("简化方法体大括号");
lambda3.method();
//4.如果方法体只有一条语句，并且是 return 语句，则可以省略方法体大括号
ReturnOneParam lambda4 = a -> a+3;
System.out.println(lambda4.method(5));
ReturnMultiParam lambda5 = (a, b) -> a+b;
System.out.println(lambda5.method(1, 1));
}
}
常用示例
示例1：方法引用
方法引用是一种简写lambda表达式的方式。等同于lambda表达式。
方法引用
有时候我们不是必须要自己重写某个匿名内部类的方法，我们可以利用 lambda表达式的接口快速指向一个已经被实现的方法。
语法：方法归属者::方法名 静态方法的归属者为类名，普通方法归属者为对象
List<String> stringsArray = Arrays.asList("sdf","gsdf","gsdf");
Collections.sort(stringsArray, (a,b)-> a.compareToIgnoreCase(b));
//通过方法引用简写为
List<String> stringsArray2 = Arrays.asList("sdf","gsdf","gsdf");
Collections.sort(stringsArray2, String::compareToIgnoreCase);
public class Exe1 {
public static void main(String[] args) {
ReturnOneParam lambda1 = a -> doubleNum(a);
System.out.println(lambda1.method(3));
//lambda2 引用了已经实现的 doubleNum 方法
ReturnOneParam lambda2 = Exe1::doubleNum;
System.out.println(lambda2.method(3));
Exe1 exe = new Exe1();
//lambda4 引用了已经实现的 addTwo 方法
ReturnOneParam lambda4 = exe::addTwo;
System.out.println(lambda4.method(2));
}
/**
* 要求
* 1.参数数量和类型要与接口中定义的一致
* 2.返回值类型要与接口中定义的一致
*/
public static int doubleNum(int a) {
return a * 2;
}
public int addTwo(int a) {
return a + 2;
}
}
方法引用有四种形式：
- 静态方法引用：ClassName :: staticMethodName
- 构造器引用：ClassName :: new
- 类的任意对象的实例方法引用：ClassName :: instanceMethodName
- 特定对象的实例方法引用：object :: instanceMethodName
可用方法引用代替的场景可以简要概括为：lambda表达式的主体仅包含一个表达式，且该表达式仅调用了一个已经存在的方法。
方法引用的通用特性：方法引用所使用方法的入参和返回值与lambda表达式实现的函数式接口的入参和返回值一致。
示例2：构造方法的引用
一般我们需要声明接口，该接口作为对象的生成器，通过 类名::new 的方式来实例化对象，然后调用方法返回对象。
interface ItemCreatorBlankConstruct {
Item getItem();
}
interface ItemCreatorParamContruct {
Item getItem(int id, String name, double price);
}
public class Exe2 {
public static void main(String[] args) {
ItemCreatorBlankConstruct creator = () -> new Item();
Item item = creator.getItem();
ItemCreatorBlankConstruct creator2 = Item::new;
Item item2 = creator2.getItem();
ItemCreatorParamContruct creator3 = Item::new;
Item item3 = creator3.getItem(112, "鼠标", 135.99);
}
}
示例3：lambda 表达式创建线程
我们以往都是通过创建 Thread 对象，然后通过匿名内部类重写 run() 方法，一提到匿名内部类我们就应该想到可以使用 lambda 表达式来简化线程的创建过程。
Thread t = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println(2 + ":" + i);
}
});
t.start();
示例4：遍历集合
我们可以调用集合的public void forEach(Consumer action)方法，通过 lambda 表达式的方式遍历集合中的元素。以下是 Consumer 接口的方法以及遍历集合的操作。Consumer 接口是 jdk 为我们提供的一个函数式接口。
@FunctionalInterface
public interface Consumer<T> {
void accept(T t);
//....
}
ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
Collections.addAll(list, 1,2,3,4,5);
//lambda表达式 方法引用
list.forEach(System.out::println);
list.forEach(element -> {
if (element % 2 == 0) {
System.out.println(element);
}
});
示例5：删除集合中的某个元素
我们通过public boolean removeIf(Predicate filter)方法来删除集合中的某个元素，Predicate 也是 jdk 为我们提供的一个函数式接口，可以简化程序的编写。
ArrayList<Item> items = new ArrayList<>();
items.add(new Item(11, "小牙刷", 12.05 ));
items.add(new Item(5, "日本马桶盖", 999.05 ));
items.add(new Item(7, "格力空调", 888.88 ));
items.add(new Item(17, "肥皂", 2.00 ));
items.add(new Item(9, "冰箱", 4200.00 ));
items.removeIf(ele -> ele.getId() == 7);
//通过 foreach 遍历，查看是否已经删除
items.forEach(System.out::println);
示例6：集合内元素的排序
在以前我们若要为集合内的元素排序，就必须调用 sort 方法，传入比较器匿名内部类重写 compare 方法，我们现在可以使用 lambda 表达式来简化代码。
ArrayList<Item> list = new ArrayList<>();
list.add(new Item(13, "背心", 7.80));
list.add(new Item(11, "半袖", 37.80));
list.add(new Item(14, "风衣", 139.80));
list.add(new Item(12, "秋裤", 55.33));
/*
list.sort(new Comparator- () {
@Override
public int compare(Item o1, Item o2) {
return o1.getId() - o2.getId();
}
});
*/
list.sort((o1, o2) -> o1.getId() - o2.getId());
System.out.println(list);
闭包问题
这个问题我们在匿名内部类中也会存在，如果我们把注释放开会报错，告诉我 num 值是 final 不能被改变。这里我们虽然没有标识 num 类型为 final，但是在编译期间虚拟机会帮我们加上 final 修饰关键字。
import java.util.function.Consumer;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
int num = 10;
Consumer<String> consumer = ele -> {
System.out.println(num);
};
//num = num + 2;
consumer.accept("hello");
}
}
函数式接口
函数式接口(Functional Interface)是java8新增的特性，它是一个有且仅有一个抽象方法，但是可以有多个非抽象方法的接口。 函数式接口可以被隐式转换为lambda表达式。java.lang.Runnable和java.util.concurrent.Callable是函数式接口的最佳例子。
默认方法和静态方法不会破坏函数式接口的定义，因此如下的代码是合法的。
@FunctionalInterface
public interface Functionalethods {
void method(int a, int b);
default void defaultMethod() {
}
static void staticMethod() {
}
}
Java8中用lambda表达式代替匿名内部类，本质上是将接口定义为函数式接口，并将函数式接口隐式转换为lambda表达式。
基本应用
假设我有一个打招呼的接口 SayHello，SayHello 接口中只有一个 sayHello 方法，然后在 User 类中调用该接口对应的方法，最终用法如下：
@FunctionalInterface
interface SayHello {
String sayHello(String name);
}
class User {
private String username;
public String getUsername() {
return username;
}
public void setUsername(String username) {
this.username = username;
}
public String say(SayHello sayHello) {
return sayHello.sayHello(this.username);
}
}
public class LambdaDemo02 {
public static void main(String[] args) {
User user = new User();
user.setUsername("world");
String say = user.say((username) -> "hello " + username);
System.out.println("say = " + say);
}
}
分析 main 方法中的调用过程之后，我们发现，在调用时最核心的是如下一行代码:
(username) -> "hello " + username
在这段代码中，我们只关心方法的输入和输出，其他的都不是我所考虑的，为了一个简单的输入输出，我还要额外定义一个接口，这显然不太划算。
JDK8 中提供了函数接口，可以帮助我们简化上面的接口定义。如下：
class User2 {
private String username;
public String getUsername() {
return username;
}
public void setUsername(String username) {
this.username = username;
}
public String say(Function<String,String> sayHello) {
return sayHello.apply(this.username);
}
}
public class LambdaDemo03 {
public static void main(String[] args) {
User2 user2 = new User2();
user2.setUsername("javaboy");
String say = user2.say((username) -> "hello " + username);
System.out.println("say = " + say);
}
}
可以用 Function代替我们前面的接口定义，这里有两个泛型，第一个泛型表示接口输入的参数类型，第二个泛型表示接口输出的参数类型，而且大家注意，我们最终 main 方法中的调用方式是不变的。有了 Function 函数之后，以后我们就不需要定义一些简单的接口了。
其他函数接口
| 接口 | 输入参数 | 返回类型 | 说明 |
|---|---|---|---|
| UnaryOperator | T | T | 一元函数，输入输出类型相同 |
| Predicate | T | boolean | 断言 |
| Consumer | T | / | 消费一个数据，只有输入没有输出 |
| Function |
T | R | 输入 T 返回 R，有输入也有输出 |
| Supplier | / | T | 提供一个数据，没有输入只有输出 |
| BiFunction |
(T,U) | R | 两个输入参数 |
| BiPredicate |
(L,R) | boolean | 两个输入参数 |
| BiConsumer |
(T,U) | void | 两个输入参数 |
| BinaryOperator | (T,T) | T | 二元函数，输入输出类型相同 |