Java新特性：Lambda表达式
Lambda 表达式（Lambda expression），也可称为闭包（Closure），是 Java（SE）8 中一个重要的新特性。Lambda 表达式允许我们通过表达式来代替功能接口。Lambda 表达式就和方法一样，它提供了一个正常的参数列表和一个使用这些参数的主体（body，可以是一个表达式或一个代码块）
Lambda 表达式可以看作是一个匿名函数，基于数学中的 λ 演算得名。
1、Lambda表达式概述
1.1、Lambda表达式的简介
Lambda 表达式（Lambda expression），也可称为闭包（Closure），是 Java（SE）8 中一个重要的新特性。
Lambda 表达式允许我们通过表达式来代替功能接口。Lambda 表达式就和方法一样，它提供了一个正常的参数列表和一个使用这些参数的主体（body，可以是一个表达式或一个代码块）
Lambda 表达式可以看作是一个匿名函数，基于数学中的 λ 演算得名。
1.2、Lambda表达式的语法
Lambda 表达式的基本语法:
(parameters) -> expression 或 (parameters) -> {
statements; }
Lambda 表达式的三个组成部分：
- 参数列表（parameters）：类似方法中的形参列表，这里的参数是函数式接口里的参数。这里的参数类型可以明确的声明，也可不声明而由 JVM 隐含的推断。另外当只有一个推断类型时可以省略掉圆括号；
- 箭头（->）：连接参数列表和 Lambda 主体,可理解为"被用于"的意思；
- Lambda 主体（expression 或 { statements; }）：可以是表达式也可以代码块，是函数式接口里方法的实现。代码块可返回一个值或者什么都不反回，这里的代码块块等同于方法的方法体。如果是表达式，也可以返回一个值或者什么都不反回。
Lambda 表达式样例：
// 1. 不需要参数,返回值为 2
() -> 2
// 2. 接收一个参数(数字类型),返回其2倍的值
x -> 2*x
// 3. 接受2个参数(数字),并返回他们的和
(x, y) -> x+y
// 4. 接收2个int型整数,返回他们的乘积
(int x, int y) -> x*y
// 5. 接受一个 string 对象,并在控制台打印,不返回任何值(看起来像是返回void)
(String s) -> System.out.print(s)
1.3、Lambda表达式的要求
虽然说，Lambda 表达式可以在⼀定程度上简化接口的实现。但是，并不是所有的接口都可以使用 Lambda 表达式来简洁实现的。
Lambda 表达式毕竟只是⼀个匿名方法。当实现的接口中的方法过多或者多少的时候，Lambda 表达式都是不适用的。
Lambda 表达式，只能实现函数式接口。
2、函数式接口
2.1、什么是函数式接口
如果说，⼀个接口中，要求实现类必须实现的抽象方法，有且只有⼀个！这样的接口，就是函数式接口。
代码如下（示例）：
// 有且只有一个实现类必须要实现的抽象方法，所以是函数式接口
interface Demo{
public void action();
}
或者（示例）：
// 有且只有一个实现类必须要实现的抽象方法，所以是函数式接口
interface Demo{
public void action();
public default void action2() {
System.out.println("JDK1.8新特性，default默认方法可以有具体的实现");
}
}
2.2、函数式接口注解（@FunctionalInterface）
在接口之前，我们可以使用 @FunctionalInterface 注解来判断这个接口是否是⼀个函数式接口。，用如果是函数式接口，没有任何问题。如果不是函数式接口，则会报错。功能类似于 @Override。
代码如下（示例）：
@FunctionalInterface
interface Demo{
public void action();
}
3、Lambda表达式的使用
3.1、Lambda表达式的基本使用
例1（无参数无返回值）:
@FunctionalInterface
interface NoParameterNoReturn {
// 注意：只能有一个抽象方法
void action();
}
public class TestDemo {
public static void main(String[] args) {
NoParameterNoReturn noParameterNoReturn = () -> {
System.out.println("无参数无返回值");
};
// action方法的主体内容在上述括号内
noParameterNoReturn.action();
}
}
例2（一参数无返回值）：
@FunctionalInterface
interface OneParameterNoReturn {
// 注意：只能有一个抽象方法
void action(int a);
}
public class TestDemo {
public static void main(String[] args) {
OneParameterNoReturn oneParameterNoReturn = (int a) -> {
System.out.println("一参数无返回值:" + "参数1：" + a);
};
// action方法的主体内容在上述括号内
oneParameterNoReturn.action(10);
}
}
例3（多参数无返回值）：
@FunctionalInterface
interface MoreParameterNoReturn {
// 注意：只能有一个抽象方法
void action(int a, int b);
}
public class TestDemo {
public static void main(String[] args) {
MoreParameterNoReturn moreParameterNoReturn = (int a, int b) -> {
System.out.println("多参数无返回值：" + "参数1：" + a + "参数2：" + b);
};
moreParameterNoReturn.action(20, 30);
}
}
例4（无参数有返回值）：
@FunctionalInterface
interface NoParameterReturn {
int action();
}
public class TestDemo {
public static void main(String[] args) {
NoParameterReturn noParameterReturn = () -> {
System.out.println("无参数有返回值");
return 40;
};
//接收函数的返回值
int ret = noParameterReturn.action();
System.out.println(ret);
}
}
例5（一参数有返回值）：
//有返回值一个参数
@FunctionalInterface
interface OneParameterReturn {
int action(int a);
}
public class TestDemo {
public static void main(String[] args) {
OneParameterReturn oneParameterReturn = (int a) -> {
System.out.println("一参数有返回值");
return a;
};
ret = oneParameterReturn.action(50);
System.out.println(ret);
}
}
例6（多参数有返回值）：
@FunctionalInterface
interface MoreParameterReturn {
int action(int a, int b);
}
public class TestDemo {
public static void main(String[] args) {
MoreParameterReturn moreParameterReturn = (int a, int b) -> {
System.out.println("多参数有返回值");
return a + b;
};
ret = moreParameterReturn.action(60, 70);
System.out.println(ret);
}
}
3.2、Lambda表达式的语法精简
Lambda 表达式的语法精简：
- 参数类型可以省略，如果需要省略，每个参数的类型都要省略；
- 参数的小括号里面只有一个参数，那么小括号可以省略；
- 如果方法体当中只有一句代码，那么大括号可以省略；
- 如果方法体中只有一条语句，其是 return 语句，那么大括号可以省略，且去掉 return 关键字。
4、变量捕获
Lambda 表达式中存在变量捕获，了解了变量捕获之后，我们才能更好的理解 Lambda 表达式的作用域。Java 当中的匿名类中，会存在变量捕获。
4.1、匿名内部类的变量捕获
所谓变量捕获就是：匿名内部类中访问所在方法或代码块中的局部变量，这个过程被称为 “变量捕获”。
public static void main(String[] args) {
// 变量捕获
int a = 100;
NoParameterNoReturn noParameterNoReturn = new NoParameterNoReturn() {
@Override
public void action() {
// 捕获a变量
System.out.println(a);
}
};
noParameterNoReturn.action();
}
结果：100
但是，只有在局部变量是 “有效的最终变量” 时，匿名内部类才能够引用它。如果局部变量不是有效的最终变量，则无法在匿名内部类中引用它，会导致编译错误。
有效的最终变量指的是一个在生命周期中没有被修改过的局部变量，它可以被认为是一个常量。
4.2、Lambda的变量捕获
同样的，Lambda 的变量捕获也是只有在局部变量是 “有效的最终变量” 时，才能够引用它。
public static void main(String[] args) {
// 变量捕获
int a = 100;
NoParameterNoReturn noParameterNoReturn = ()->{
// 捕获a变量
System.out.println(a);
};
noParameterNoReturn.action();
}
结果：100
4.3、匿名内部类的变量捕获与Lambda的变量捕获的区别
区别：Lambda 表达式可以捕获外面的 this，而匿名内部类无法直接捕获外面的 this。
在 Lambda 表达式中，this 关键字引用的是 Lambda 表达式所在的类的实例，而不是 Lambda 表达式内部的类的实例。这个特性被称为 “闭包”。
匿名内部类中的 this 关键字引用的是匿名内部类的实例，而不是外部类的实例。
public class Student {
// 外部类的属性
String name = "Student";
int age;
NoParameterNoReturn noParameterNoReturn = new NoParameterNoReturn() {
// 内部类自己的属性
String name = "hello";
@Override
public void action() {
System.out.println(this.name);
}
};
NoParameterNoReturn noParameterNoReturn2 = ()->{
String name = "hello";
System.out.println(this.name);
};
public static void main(String[] args) {
Student student = new Student();
// 结果：hello
student.noParameterNoReturn.action();
// 结果：Student
student.noParameterNoReturn2.action();
}
}
如果想让匿名内部类的捕获外面的 this，就需要使用外部类的类名或对象引用来访问。
public class Student {
// 外部类的属性
String name = "Student";
int age;
NoParameterNoReturn noParameterNoReturn = new NoParameterNoReturn() {
// 内部类自己的属性
String name = "hello";
@Override
public void action() {
System.out.println(Student.this.name);
}
};
}
结果：Student
5、Lambda 在集合当中的使用
为了能够让 Lambda 和 Java 的集合类集更好的一起使用，集合当中，也新增了部分接口，以便与 Lambda 表达式对接。
| 对应的接口 | 新增的方法 |
|---|---|
| Collection | forEach() removeIf() spliterator() stream() parallelStream() |
| List | replaceAll() sort() |
| Map | getOrDefault() forEach() replaceAll() putIfAbsent() remove() replace() computeIfAbsent() computeIfPresent() compute() merge() |
5.1、Collection接口中的forEach()方法
这个方法是在接口 Iterable 当中的：
default void forEach(Consumer<? super T> action) {
Objects.requireNonNull(action);
for (T t : this) {
action.accept(t);
}
}
这个方法表示用于对集合中的每个元素执行指定的操作。
java复制代码public class Test {
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Hello");
list.add("bit");
list.add("hello");
list.add("lambda");
// Lambda 遍历 list
list.forEach((String s)->{
System.out.println(s);
});
// 简化
// list.forEach(s -> System.out.println(s));
}
}
结果：Hello bit hello lambda
5.2、List接口中的sort()方法
List 接口中的 sort() 方法：
default void sort(Comparator<? super E> c) {
Object[] a = this.toArray();
Arrays.sort(a, (Comparator) c);
ListIterator<E> i = this.listIterator();
for (Object e : a) {
i.next();
i.set((E) e);
}
}
该方法根据 c 指定的比较规则对容器元素进行排序。可以看到其参数是 Comparator，我们点进去看下：又是一个函数式接口：
@FunctionalInterface
public interface Comparator<T> {
...
int compare(T o1, T o2);
...
}
使用示例：
public class TestDemo2 {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Hello");
list.add("bit");
list.add("hello");
list.add("lambda");
/*
对list集合中的字符串按照长度进行排序
*/
list.sort(new Comparator<String>() {
@Override
public int compare(String o1, String o2) {
return o1.length() - o2.length();
}
});
/*
输出排序后最终的结果
*/
list.forEach(s -> System.out.println(s));
}
}
输出结果为：bit Hello hello lambda
修改为 Lambda 表达式：
public class TestDemo2 {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Hello");
list.add("bit");
list.add("hello");
list.add("lambda");
// 对list集合中的字符串按照长度进行排序
list.sort((o1, o2) -> o1.length() - o2.length());
list.forEach(s -> System.out.println(s));
}
}
输出结果为：bit Hello hello lambda
5.3、Map接口的forEach()方法
HashMap 的 forEach() 方法：
default void forEach(BiConsumer<? super K, ? super V> action) {
Objects.requireNonNull(action);
for (Map.Entry<K, V> entry : entrySet()) {
K k;
V v;
try {
k = entry.getKey();
v = entry.getValue();
} catch(IllegalStateException ise) {
// this usually means the entry is no longer in the map.
throw new ConcurrentModificationException(ise);
}
action.accept(k, v);
}
}
可以看到这个方法有一个 BigConsumer，并且这也是一个函数式接口：
@FunctionalInterface
public interface BiConsumer<T, U> {
...
void accept(T t, U u);
...
}
代码示例：
public class TestDemo2 {
public static void main(String[] args) {
HashMap<Integer, String> map = new HashMap<>();
map.put(1, "hello");
map.put(2, "bit");
map.put(3, "hello");
map.put(4, "lambda");
map.forEach(new BiConsumer<Integer, String>() {
@Override
public void accept(Integer integer, String string) {
System.out.println(integer + " " + string);
}
});
}
}
输出结果：
1 hello
2 bit
3 hello
4 lambda
修改为 Lambda 表达式：
public class TestDemo2 {
public static void main(String[] args) {
HashMap<Integer, String> map = new HashMap<>();
map.put(1, "hello");
map.put(2, "bit");
map.put(3, "hello");
map.put(4, "lambda");
map.forEach((integer, string) ->
System.out.println(integer + " " + string)
);
}
}