Lambda表达式

在《Java8实战》中第三章主要讲的是Lambda表达式，在上一章节的笔记中我们利用了行为参数化来因对不断变化的需求，最后我们也使用到了Lambda，通过表达式为我们简化了很多代码从而极大地提高了我们的效率。那我们就来更深入的了解一下如何使用Lambda表达式，让我们的代码更加具有简洁性和易读性。

Lambda管中窥豹

什么是Lambda表达式？简单的来说，Lambda表达式是一个匿名函数，Lambda表达式基于数学中的λ演算得名，直接对应其中的Lambda抽象（lambda abstraction），是一个匿名函数，既没有函数名的函数。Lambda表达式可以表示闭包（注意和数学传统意义的不同）。你也可以理解为，简洁的表示可传递的匿名函数的一种方式：它没有名称，但它有参数列表、函数主体、返回类型，可能还有一个可以抛出异常的列表。

有时候，我们为了简化代码而去使用匿名类，虽然匿名类能简化一部分代码，但是看起来很啰嗦。为了更好的的提高开发的效率以及代码的简洁性和可读性，Java8推出了一个核心的新特性之一：Lambda表达式。

Java8之前，使用匿名类给苹果排序的代码：

apples.sort(new Comparator<Apple>() {
    @Override
    public int compare(Apple o1, Apple o2) {
        return o1.getWeight().compareTo(o2.getWeight());
    }
});

是的，这段代码看上去并不是那么的清晰明了，使用Lambda表达式改进后：

Comparator<Apple> byWeight = (Apple a1, Apple a2) -> a1.getWeight().compareTo(a2.getWeight());

或者是：

Comparator<Apple> byWeight = Comparator.comparing(Apple::getWeight);

不得不承认，代码看起来跟清晰了。要是你觉得Lambda表达式看起来一头雾水的话也没关系，我们慢慢的来了解它。

现在，我们来看看几个Java8中有效的Lambda表达式加深对Lambda表达式的理解：

// 这个表达式具有一个String类型的参数并返回一个int,Lambda并没有return语句,因为已经隐含了return。
(String s) -> s.length() 

// 这个表达式有一个Apple类型的参数并返回一个boolean（苹果重来是否大于150克）
(Apple a) -> a.getWeight() > 150

// 这个表达式具有两个int类型二的参数并且没有返回值。Lambda表达式可以包含多行代码，不只是这两行。
(int x, int y) -> {
    System.out.println("Result:");
    System.out.println(x + y);
}

// 这个表达式没有参数类型，返回一个int。
() -> 250

// 显式的指定为Apple类型，并对重量进行比较返回int
(Apple a2, Apple a2) -> a1.getWeight.compareTo(a2.getWeight())

Java语言设计者选选择了这样的语法，是因为C#和Scala等语言中的类似功能广受欢迎。Lambda的基本语法是：

(parameters) -> expression

或者（请注意花括号）：

(parameters) -> {statements;}

是的，Lambda表达式的语法看起来就是那么简单。那我们继续看几个例子，看看以下哪几个是有效的:

（1） () -> {}
（2） () -> "Jack"
（3） () -> {return "Jack"}
（4） (Interge i) -> return "Alan" + i;
（5） (String s) -> {"IronMan";}

正确答案是：(1)、(2)、(3)

原因:

(1) 是一个无参并且无返回的，类似与private void run() {}.

(2) 是一个无参并且返回的是一个字符串。

(3) 是一个无参，并且返回的是一个字符串，不过里面还可以继续写一些其他的代码（利用显式返回语句）。

(4) 它没有使用使用显式返回语句，所以它不能算是一个表达式。想要有效就必须加一对花括号，
(Interge i) -> {return "Alan" + i}

(5) "IronMan"很显然是一个表达式，不是一个语句，去掉这一对花括号或者使用显式返回语句即可有效。

在哪里以及如何使用Lambda

我们刚刚已经看了很多关于Lambda表达式的语法例子，可能你还不太清楚这个Lambda表达式到底如何使用。

还记得在上一章的读书笔记中，实现的filter方法中，我们使用的就是Lambda:

List<Apple> heavyApples = filter(apples, (Apple apple) -> apple.getWeight() > 150);

我们可以在函数式接口上使用Lambda表达式，函数式接口听起来很抽象，但是不用太担心接下来就会解释函数式接口是什么。

函数式接口

还记得第二章中的读书笔记，为了参数化filter方法的行为使用的Predicate接口吗？它就是一个函数式接口。什么是函数式接口?一言蔽之，函数式接口就是只定义了一个抽象方法的接口。例如JavaAPI中的：Comparator、Runnable、Callable：

public interface Comparable<T> {
    public int compareTo(T o);
}

public interface Runnable {
    public abstract void run();
}

public interface Callable<V> {
    V call() throws Exception;
}

当然，不只是它们，还有很多一些其他的函数式接口。

函数式接口到底可以用来干什么？Lambda表达式允许你直接以内联的形式为函数式接口的抽象方法提供实例，并把整个表达式作为函数式接口的实例（具体来说，是函数式接口一个具体实现的实例）。你也可以使用匿名类实现，只不过看来并不是那么的一目了然。使用匿名类你需要提供一个实例，然后在直接内联将它实例化。

通过下面的代码，你可以来比较一下使用函数式接口和使用匿名类的区别：

// 使用Lambda表达式
Runnable r1 = () -> System.out.println("HelloWorld 1");

// 使用匿名类
Runnable r2 = new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("HelloWorld 2");
    }
};

// 运行结果
System.out.println("Runnable运行结果：");
// HelloWorld 1
process(r1);
// HelloWorld 2
process(r2);
// HelloWorld 3
process(() -> System.out.println("HelloWorld 3"));
        
private static void process(Runnable r) {
    r.run();
}

酷，从上面的代码可以看出使用Lambda表达式你可以减少很多代码同时也提高了代码的可读性而使用匿名类却要四五行左右的代码。

函数描述符

函数接口的抽象方法的前面基本上就是Lambda表达式的签名。我们将这种抽象方法叫做函数描述符。例如，Runnable接口可以看作一个什么也不接受什么也不返回的函数签名，因为它只有一个叫做run的抽象方法，这个方法没有参数并且是无返回的。

使用函数式接口

函数式接口很有用，因为抽象方法的签名可以描述Lambda表达式的签名。函数式接口的抽象方法的签名称为函数描述符。

Predicate

在第一章的读书笔记中，有提到过Predicate这个接口，现在我们来详细的了解一下它。

java.util.function.Predicate接口定义了一个名字叫test的抽象方法，它接受泛型T对象，并返回一个boolean值。之前我们是创建了一个Predicate这样的一个接口，现在我们所说到的这个接口和之前创建的一样，现在我们不需要再去创建一个这样的接口就直接可以使用了。在你需要表示一个涉及类型T的布尔表达式时，就可以使用这个接口。比如，你可以定义一个接受String对象的Lambda表达式：

@FunctionalInterface
public interface Predicate<T> {
    boolean test(T t);
}

private static <T> List<T> filter(List<T> list, Predicate<T> predicate) {
    List<T> result = new ArrayList<>();
    for (T t : list) {
        if (predicate.test(t)) {
            result.add(t);
        }
    }
    return result;
}

List<String> strings = Arrays.asList("Hello", "", "Java8", "", "In", "Action");
Predicate<String> nonEmptyStringPredicate = (String s) -> !s.isEmpty();

List<String> stringList = filter(strings, nonEmptyStringPredicate);
// [Hello, Java8, In, Action]
System.out.println(stringList);

如果，你去查看Predicate这个接口的源码你会发现有一些and或者or等等一些其他的方法，并且这个方法还有方法体，不过你目前无需关注这样的方法，以后的文章将会介绍到为什么在接口中能定义有方法体的方法。

Consumer

java.util.function.Consumer定义了一个叫做accept的抽象方法，它接受泛型T的对象，并且是一个无返回的方法。你如果需要访问类型T的对象，并对其执行某些操作，就可以使用这个接口。比如，你可以用它来创建一个foreach方法，并配合Lambda来打印列表中的所有元素.

@FunctionalInterface
public interface Consumer<T> {
    void accept(T t);
}

private static <T> void forEach(List<T> list, Consumer<T> consumer) {
    for (T i : list) {
        consumer.accept(i);
    }
}

// 使用Consumer
forEach(Arrays.asList("Object", "Not", "Found"), (String str) -> System.out.println(str));
forEach(Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6), System.out::println);

Function

java.util.function.Function接口定义了一个叫做apply的方法，它接受一个泛型T的对象，并返回一个泛型R的对象。如果你需要定义一个Lambda，将输入对象的信息映射到输出，就可以使用这个接口（比如提取苹果的重量，把字符串映射为它的长度）。在下面的代码中，我们来看看如何利用它来创建一个map方法，将以一个String列表映射到包含每个String长度的Integer列表。

@FunctionalInterface
public interface Function<T, R> {
    R apply(T t);
}

private static <T, R> List<R> map(List<T> list, Function<T, R> function) {
    List<R> result = new ArrayList<>();
    for (T s : list) {
        result.add(function.apply(s));
    }
    return result;
}

 List<Integer> map = map(Arrays.asList("lambdas", "in", "action"), (String s) -> s.length());
// [7, 2, 6]
System.out.println(map);

原始类型特化

我们刚刚了解了三个泛型函数式接口：Predicate、Consumer和Function。还有些函数式接口专为某些类而设计。

回顾一下：Java类型要么用引用类型（比如：Byte、Integer、Object、List），要么是原始类型（比如：int、double、byte、char）。但是泛型（比如Consumer中的T）只能绑定到引用类型。这是由泛型接口内部实现方式造成的。因此，在Java里面有一个将原始类型转为对应的引用类型的机制。这个机制叫作装箱（boxing）。相反的操作，也就是将引用类型转为对应的原始类型，叫作拆箱（unboxing）。Java还有一个自动装箱机制来帮助程序员执行这一任务：装箱和拆箱操作都是自动完成的。比如，这就是为什么下面的代码是有效的（一个int被装箱成为Integer）：

List<Integer> list = new ArrayList<>;
for (int i = 0; i < 100; i++) {
    list.add(i);
}

但是像这种自动装箱和拆箱的操作，性能方面是要付出一些代价的。装箱的本质就是将原来的原始类型包起来，并保存在堆里。因此，装箱后的值需要更多的内存，并需要额外的内存搜索来获取被包裹的原始值。

Java8为我们前面所说的函数式接口带来了一个专门的版本，以便在输入和输出都是原始类型时，避免自动装箱的操作。比如，在下面的代码中，使用IntPredicate就避免了对值1000进行装箱操作，但要使用Predicate就会把参数1000装箱到一个Integer对象中：

@FunctionalInterface
public interface IntPredicate {
    boolean test(int value);
}

IntPredicate evenNumbers = (int i) -> i % 2 == 0;
// 无装箱
evenNumbers.test(1000);

Predicate<Integer> oddNumbers = (Integer i) -> i % 2 == 1;
// 装箱
oddNumbers.test(1000);

一般来说，针对专门的输入参数类型的函数式接口的名称都要加上对应的原始类型前缀，比如DoublePredicate、IntConsumer、LongBinaryOperator、IntFunction等。Function接口还有针对输出参数类型变种：ToIntFunction、IntToDoubleFunction等。

Java8中还有很多常用的函数式接口，如果你有兴趣可以去查找一些相关的资料，了解了这些常用的函数接口之后，会对你以后了解Stream的知识有很大的帮助。

《Java8实战》这本书第三章的内容很多，所以我打算分两篇文章来写。这些读书笔记系列的文章内容很多地方都是借鉴书中的内容。如果您有时间、兴趣和经济的话可以去买这本书籍。这本书我看了两遍，是一本很不错的技术书籍。如果，您没有太多的时间那么您就可以关注我的微信公众号或者当前的技术社区的账号，利用空闲的时间看看我的文章，非常感谢您对我的关注！

代码示例：

Github：chap3

Gitee: chap3

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