通用技术深入浅出 Java 8 Lambda 表达式

OneAPM官方技术博客 · 2015年11月02日 · 最后由 feng 回复于 2015年11月05日 · 2035 次阅读

摘要：此篇文章主要介绍 Java8 Lambda 表达式产生的背景和用法，以及 Lambda 表达式与匿名类的不同等。本文系 OneAPM 工程师编译整理。

Java 是一流的面向对象语言，除了部分简单数据类型，Java 中的一切都是对象，即使数组也是一种对象，每个类创建的实例也是对象。在 Java 中定义的函数或方法不可能完全独立，也不能将方法作为参数或返回一个方法给实例。

从 Swing 开始，我们总是通过匿名类给方法传递函数功能，以下是旧版的事件监听代码：

someObject.addMouseListener(new MouseAdapter() {
           public void mouseClicked(MouseEvent e) {

               //Event listener implementation goes here...

           }
       });

在上面的例子里，为了给 Mouse 监听器添加自定义代码，我们定义了一个匿名内部类 MouseAdapter 并创建了它的对象，通过这种方式，我们将一些函数功能传给 addMouseListener 方法。

简而言之，在 Java 里将普通的方法或函数像参数一样传值并不简单，为此，Java 8 增加了一个语言级的新特性，名为 Lambda 表达式。

为什么 Java 需要 Lambda 表达式？

如果忽视注解 (Annotations)、泛型 (Generics) 等特性，自 Java 语言诞生时起，它的变化并不大。Java 一直都致力维护其对象至上的特征，在使用过 JavaScript 之类的函数式语言之后，Java 如何强调其面向对象的本质，以及源码层的数据类型如何严格变得更加清晰可感。其实，函数对 Java 而言并不重要，在 Java 的世界里，函数无法独立存在。

在函数式编程语言中，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。JavaScript 是最典型的函数式编程语言。点击此处以及此处可以清楚了解 JavaScript 这种函数式语言的好处。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 现在提供的最接近闭包的概念便是 Lambda 表达式，虽然闭包与 Lambda 表达式之间存在显著差别，但至少 Lambda 表达式是闭包很好的替代者。

在 Steve Yegge 辛辣又幽默的博客文章里，描绘了 Java 世界是如何严格地以名词为中心的，如果你还没看过，赶紧去读吧，写得非常风趣幽默，而且恰如其分地解释了为什么 Java 要引进 Lambda 表达式。

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)。我们会在后文详细介绍函数式接口。

Mario Fusco 的这篇思路清晰的文章介绍了为什么 Java 需要 Lambda 表达式。他解释了为什么现代编程语言必须包含闭包这类特性。

Lambda 表达式简介

Lambda 表达式是一种匿名函数 (对 Java 而言这并不完全正确，但现在姑且这么认为)，简单地说，它是没有声明的方法，也即没有访问修饰符、返回值声明和名字。

你可以将其想做一种速记，在你需要使用某个方法的地方写上它。当某个方法只使用一次，而且定义很简短，使用这种速记替代之尤其有效，这样，你就不必在类中费力写声明与方法了。

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

让我们了解一下 Lambda 表达式的结构。

一个 Lambda 表达式可以有零个或多个参数
参数的类型既可以明确声明，也可以根据上下文来推断。例如：(int a)与(a)效果相同
所有参数需包含在圆括号内，参数之间用逗号相隔。例如：(a, b) 或 (int a, int b) 或 (String a, int b, float c)
空圆括号代表参数集为空。例如：() -> 42
当只有一个参数，且其类型可推导时，圆括号（）可省略。例如：a -> return a*a
Lambda 表达式的主体可包含零条或多条语句
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
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

什么是函数式接口

在 Java 中，Marker（标记）类型的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。相似地，函数式接口是只包含一个抽象方法声明的接口。

java.lang.Runnable 就是一种函数式接口，在 Runnable 接口中只声明了一个方法 void run()，相似地，ActionListener 接口也是一种函数式接口，我们使用匿名内部类来实例化函数式接口的对象，有了 Lambda 表达式，这一方式可以得到简化。

每个 Lambda 表达式都能隐式地赋值给函数式接口，例如，我们可以通过 Lambda 表达式创建 Runnable 接口的引用。

Runnable r = () -> System.out.println("hello world");

当不指明函数式接口时，编译器会自动解释这种转化：

new Thread(
   () -> System.out.println("hello world")
).start();

因此，在上面的代码中，编译器会自动推断：根据线程类的构造函数签名 public Thread(Runnable r) { }，将该 Lambda 表达式赋给 Runnable 接口。

以下是一些 Lambda 表达式及其函数式接口：

Consumer<Integer>  c = (int x) -> { System.out.println(x) };

BiConsumer<Integer, String> b = (Integer x, String y) -> System.out.println(x + " : " + y);

Predicate<String> p = (String s) -> { s == null };

@FunctionalInterface 是 Java 8 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。Java 8 还声明了一些 Lambda 表达式可以使用的函数式接口，当你注释的接口不是有效的函数式接口时，可以使用 @FunctionalInterface 解决编译层面的错误。

以下是一种自定义的函数式接口：

@FunctionalInterface
public interface WorkerInterface {

   public void doSomeWork();

}

根据定义，函数式接口只能有一个抽象方法，如果你尝试添加第二个抽象方法，将抛出编译时错误。例如：

@FunctionalInterface
public interface WorkerInterface {

    public void doSomeWork();

    public void doSomeMoreWork();

}

错误：

Unexpected @FunctionalInterface annotation 
    @FunctionalInterface ^ WorkerInterface is not a functional interface multiple 
    non-overriding abstract methods found in interface WorkerInterface 1 error

函数式接口定义好后，我们可以在 API 中使用它，同时利用 Lambda 表达式。例如：

 //定义一个函数式接口
@FunctionalInterface
public interface WorkerInterface {

   public void doSomeWork();

}


public class WorkerInterfaceTest {

public static void execute(WorkerInterface worker) {
    worker.doSomeWork();
}

public static void main(String [] args) {

    //invoke doSomeWork using Annonymous class
    execute(new WorkerInterface() {
        @Override
        public void doSomeWork() {
            System.out.println("Worker invoked using Anonymous class");
        }
    });

    //invoke doSomeWork using Lambda expression 
    execute( () -> System.out.println("Worker invoked using Lambda expression") );
}

}

输出：

Worker invoked using Anonymous class 
Worker invoked using Lambda expression

这上面的例子里，我们创建了自定义的函数式接口并与 Lambda 表达式一起使用。execute() 方法现在可以将 Lambda 表达式作为参数。

Lambda 表达式举例

学习 Lambda 表达式的最好方式是学习例子。

线程可以通过以下方法初始化：


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

//新方法:
new Thread(
() -> System.out.println("Hello from thread")
).start();

事件处理可以使用 Java 8 的 Lambda 表达式解决。下面的代码中，我们将使用新旧两种方式向一个 UI 组件添加 ActionListener：

  //Old way:
button.addActionListener(new ActionListener() {
@Override
public void actionPerformed(ActionEvent e) {
    System.out.println("The button was clicked using old fashion code!");
}
});

//New way:
button.addActionListener( (e) -> {
    System.out.println("The button was clicked. From Lambda expressions !");
});

以下代码的作用是打印出给定数组中的所有元素。注意，使用 Lambda 表达式的方法不止一种。在下面的例子中，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：

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

//New way:
List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7);
list.forEach(n -> System.out.println(n));


//or we can use :: double colon operator in Java 8
list.forEach(System.out::println);

在下面的例子中，我们使用断言 (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：

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.function.Predicate;

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 + " ");
        }
    }
}

}

输出：

Print all numbers: 1 2 3 4 5 6 7 
Print no numbers: 
Print even numbers: 2 4 6 
Print odd numbers: 1 3 5 7 
Print numbers greater than 5: 6 7

下面的例子使用 Lambda 表达式打印数值中每个元素的平方，注意我们使用了 .stream() 方法将常规数组转化为流。Java 8 增加了一些超棒的流 APIs。java.util.stream.Stream 接口包含许多有用的方法，能结合 Lambda 表达式产生神奇的效果。我们将 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：

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

//New way:
List<Integer> list = Arrays.asList(1,2,3,4,5,6,7);
list.stream().map((x) -> x*x).forEach(System.out::println);

下面的例子会计算给定数值中每个元素平方后的总和。请注意，Lambda 表达式只用一条语句就能达到此功能，这也是 MapReduce 的一个初级例子。我们使用 map() 给每个元素求平方，再使用 reduce() 将所有元素计入一个数值：

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

//New way:
List<Integer> list = Arrays.asList(1,2,3,4,5,6,7);
int sum = list.stream().map(x -> x*x).reduce((x,y) -> x + y).get();
System.out.println(sum);

Lambda 表达式与匿名类的区别

使用匿名类与 Lambda 表达式的一大区别在于关键词的使用。对于匿名类，关键词 this 解读为匿名类，而对于 Lambda 表达式，关键词 this 解读为写就 Lambda 的外部类。

Lambda 表达式与匿名类的另一不同在于两者的编译方法。Java 编译器编译 Lambda 表达式并将他们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，关于 Java 如何将 Lambda 表达式编译为字节码，Tal Weiss 写了一篇很好的文章。

到此为止啦，亲们！

Mark Reinhold，甲骨文的首席架构师，将 Lambda 表达式描述为该编程模型最大的提升——比泛型 (generics) 还强大。事实的确如此，Lambda 表达式赋予了 Java 程序员相较于其他函数式编程语言缺失的特性，结合虚拟扩展方法之类的特性，Lambda 表达式能写出一些极好的代码。

希望这篇文章能让您对 Java 8 的新特性所有了解。

原文地址：http://viralpatel.net/blogs/Lambda-expressions-java-tutorial/

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1 个赞

共收到 3 条回复时间点赞

恒温 #3 · 2015年11月02日

代码的 markdown 格式都不要了？

OneAPM官方技术博客 #2 · 2015年11月02日 Author

#1 楼 @lihuazhang 已改好，多谢！

feng #3 · 2015年11月05日

Lambda 这个特性是从 python 上挪过来的吧，我记得 python 是有这个特性的

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通用技术 深入浅出 Java 8 Lambda 表达式

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为什么 Java 需要 Lambda 表达式？

Lambda 表达式简介

Lambda 表达式的结构

什么是函数式接口

Lambda 表达式举例

Lambda 表达式与匿名类的区别

到此为止啦，亲们！

通用技术深入浅出 Java 8 Lambda 表达式

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