摘要：此篇文章主要介紹 Java8 Lambda 表達(dá)式產(chǎn)生的背景和用法，以及 Lambda 表達(dá)式與匿名類的不同等。本文系 OneAPM 工程師編譯整理。

Java 是一流的面向?qū)ο笳Z言，除了部分簡單數(shù)據(jù)類型，Java 中的一切都是對象，即使數(shù)組也是一種對象，每個類創(chuàng)建的實(shí)例也是對象。在 Java 中定義的函數(shù)或方法不可能完全獨(dú)立，也不能將方法作為參數(shù)或返回一個方法給實(shí)例。

從 Swing 開始，我們總是通過匿名類給方法傳遞函數(shù)功能，以下是舊版的事件監(jiān)聽代碼：

someObject.addMouseListener(new MouseAdapter() {
        public void mouseClicked(MouseEvent e) {
             
            //Event listener implementation goes here...
       
        }
    });

在上面的例子里，為了給 Mouse 監(jiān)聽器添加自定義代碼，我們定義了一個匿名內(nèi)部類 MouseAdapter 并創(chuàng)建了它的對象，通過這種方式，我們將一些函數(shù)功能傳給 addMouseListener 方法。

簡而言之，在 Java 里將普通的方法或函數(shù)像參數(shù)一樣傳值并不簡單，為此，Java 8 增加了一個語言級的新特性，名為 Lambda 表達(dá)式。

為什么 Java 需要 Lambda 表達(dá)式？

如果忽視注解(Annotations)、泛型(Generics)等特性，自 Java 語言誕生時起，它的變化并不大。Java 一直都致力維護(hù)其對象至上的特征，在使用過 JavaScript 之類的函數(shù)式語言之后，Java 如何強(qiáng)調(diào)其面向?qū)ο蟮谋举|(zhì)，以及源碼層的數(shù)據(jù)類型如何嚴(yán)格變得更加清晰可感。其實(shí)，函數(shù)對 Java 而言并不重要，在 Java 的世界里，函數(shù)無法獨(dú)立存在。

在函數(shù)式編程語言中，函數(shù)是一等公民，它們可以獨(dú)立存在，你可以將其賦值給一個變量，或?qū)⑺麄儺?dāng)做參數(shù)傳給其他函數(shù)。JavaScript 是最典型的函數(shù)式編程語言。點(diǎn)擊此處以及此處可以清楚了解 JavaScript 這種函數(shù)式語言的好處。函數(shù)式語言提供了一種強(qiáng)大的功能——閉包，相比于傳統(tǒng)的編程方法有很多優(yōu)勢，閉包是一個可調(diào)用的對象，它記錄了一些信息，這些信息來自于創(chuàng)建它的作用域。Java 現(xiàn)在提供的最接近閉包的概念便是 Lambda 表達(dá)式，雖然閉包與 Lambda 表達(dá)式之間存在顯著差別，但至少 Lambda 表達(dá)式是閉包很好的替代者。

在 Steve Yegge 辛辣又幽默的博客文章里，描繪了 Java 世界是如何嚴(yán)格地以名詞為中心的，如果你還沒看過，趕緊去讀吧，寫得非常風(fēng)趣幽默，而且恰如其分地解釋了為什么 Java 要引進(jìn) Lambda 表達(dá)式。

Lambda 表達(dá)式為 Java 添加了缺失的函數(shù)式編程特點(diǎn)，使我們能將函數(shù)當(dāng)做一等公民看待。盡管不完全正確，我們很快就會見識到 Lambda 與閉包的不同之處，但是又無限地接近閉包。在支持一類函數(shù)的語言中，Lambda 表達(dá)式的類型將是函數(shù)。但是，在 Java 中，Lambda 表達(dá)式是對象，他們必須依附于一類特別的對象類型——函數(shù)式接口(functional interface)。我們會在后文詳細(xì)介紹函數(shù)式接口。

Mario Fusco 的這篇思路清晰的文章介紹了為什么 Java 需要 Lambda 表達(dá)式。他解釋了為什么現(xiàn)代編程語言必須包含閉包這類特性。

Lambda 表達(dá)式簡介

Lambda 表達(dá)式是一種匿名函數(shù)(對 Java 而言這并不完全正確，但現(xiàn)在姑且這么認(rèn)為)，簡單地說，它是沒有聲明的方法，也即沒有訪問修飾符、返回值聲明和名字。

你可以將其想做一種速記，在你需要使用某個方法的地方寫上它。當(dāng)某個方法只使用一次，而且定義很簡短，使用這種速記替代之尤其有效，這樣，你就不必在類中費(fèi)力寫聲明與方法了。

Java 中的 Lambda 表達(dá)式通常使用 (argument) -> (body) 語法書寫，例如：

(arg1, arg2...) -> { body }
 
(type1 arg1, type2 arg2...) -> { body }

以下是一些 Lambda 表達(dá)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 表達(dá)式的結(jié)構(gòu)

讓我們了解一下 Lambda 表達(dá)式的結(jié)構(gòu)。

• 一個 Lambda 表達(dá)式可以有零個或多個參數(shù)
• 參數(shù)的類型既可以明確聲明，也可以根據(jù)上下文來推斷。例如：(int a)與(a)效果相同
• 所有參數(shù)需包含在圓括號內(nèi)，參數(shù)之間用逗號相隔。例如：(a, b) 或 (int a, int b) 或 (String a, int b, float c)
• 空圓括號代表參數(shù)集為空。例如：() -> 42
• 當(dāng)只有一個參數(shù)，且其類型可推導(dǎo)時，圓括號（）可省略。例如：a -> return a*a
• Lambda 表達(dá)式的主體可包含零條或多條語句
• 如果 Lambda 表達(dá)式的主體只有一條語句，花括號{}可省略。匿名函數(shù)的返回類型與該主體表達(dá)式一致
• 如果 Lambda 表達(dá)式的主體包含一條以上語句，則表達(dá)式必須包含在花括號{}中（形成代碼塊）。匿名函數(shù)的返回類型與代碼塊的返回類型一致，若沒有返回則為空

什么是函數(shù)式接口

在 Java 中，Marker（標(biāo)記）類型的接口是一種沒有方法或?qū)傩月暶鞯慕涌?，簡單地說，marker 接口是空接口。相似地，函數(shù)式接口是只包含一個抽象方法聲明的接口。

java.lang.Runnable 就是一種函數(shù)式接口，在 Runnable 接口中只聲明了一個方法 void run()，相似地，ActionListener 接口也是一種函數(shù)式接口，我們使用匿名內(nèi)部類來實(shí)例化函數(shù)式接口的對象，有了 Lambda 表達(dá)式，這一方式可以得到簡化。

每個 Lambda 表達(dá)式都能隱式地賦值給函數(shù)式接口，例如，我們可以通過 Lambda 表達(dá)式創(chuàng)建 Runnable 接口的引用。

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

當(dāng)不指明函數(shù)式接口時，編譯器會自動解釋這種轉(zhuǎn)化：

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

因此，在上面的代碼中，編譯器會自動推斷：根據(jù)線程類的構(gòu)造函數(shù)簽名 public Thread(Runnable r) { }，將該 Lambda 表達(dá)式賦給 Runnable 接口。

以下是一些 Lambda 表達(dá)式及其函數(shù)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 新加入的一種接口，用于指明該接口類型聲明是根據(jù) Java 語言規(guī)范定義的函數(shù)式接口。Java 8 還聲明了一些 Lambda 表達(dá)式可以使用的函數(shù)式接口，當(dāng)你注釋的接口不是有效的函數(shù)式接口時，可以使用 @FunctionalInterface 解決編譯層面的錯誤。

以下是一種自定義的函數(shù)式接口：
@FunctionalInterface
public interface WorkerInterface {

   public void doSomeWork();
 
}

根據(jù)定義，函數(shù)式接口只能有一個抽象方法，如果你嘗試添加第二個抽象方法，將拋出編譯時錯誤。例如：

@FunctionalInterface
public interface WorkerInterface {
 
    public void doSomeWork();
 
    public void doSomeMoreWork();
 
}

錯誤：

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

函數(shù)式接口定義好后，我們可以在 API 中使用它，同時利用 Lambda 表達(dá)式。例如：

 //定義一個函數(shù)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") );
}

}

輸出：

Worker invoked using Anonymous class 
Worker invoked using Lambda expression

這上面的例子里，我們創(chuàng)建了自定義的函數(shù)式接口并與 Lambda 表達(dá)式一起使用。execute() 方法現(xiàn)在可以將 Lambda 表達(dá)式作為參數(shù)。

Lambda 表達(dá)式舉例

學(xué)習(xí) Lambda 表達(dá)式的最好方式是學(xué)習(xí)例子。

線程可以通過以下方法初始化：

//舊方法:
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();

事件處理可以使用 Java 8 的 Lambda 表達(dá)式解決。下面的代碼中，我們將使用新舊兩種方式向一個 UI 組件添加 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 !");
});

以下代碼的作用是打印出給定數(shù)組中的所有元素。注意，使用 Lambda 表達(dá)式的方法不止一種。在下面的例子中，我們先是用常用的箭頭語法創(chuàng)建 Lambda 表達(dá)式，之后，使用 Java 8 全新的雙冒號(::)操作符將一個常規(guī)方法轉(zhuǎn)化為 Lambda 表達(dá)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，我們使用斷言(Predicate)函數(shù)式接口創(chuàng)建一個測試，并打印所有通過測試的元素，這樣，你就可以使用 Lambda 表達(dá)式規(guī)定一些邏輯，并以此為基礎(chǔ)有所作為：

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 + " ");
        }
    }
}

}   

輸出：

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 表達(dá)式打印數(shù)值中每個元素的平方，注意我們使用了 .stream() 方法將常規(guī)數(shù)組轉(zhuǎn)化為流。Java 8 增加了一些超棒的流 APIs。java.util.stream.Stream 接口包含許多有用的方法，能結(jié)合 Lambda 表達(dá)式產(chǎn)生神奇的效果。我們將 Lambda 表達(dá)式 x -> x*x 傳給 map() 方法，該方法會作用于流中的所有元素。之后，我們使用 forEach 方法打印數(shù)據(jù)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);

下面的例子會計算給定數(shù)值中每個元素平方后的總和。請注意，Lambda 表達(dá)式只用一條語句就能達(dá)到此功能，這也是 MapReduce 的一個初級例子。我們使用 map() 給每個元素求平方，再使用 reduce() 將所有元素計入一個數(shù)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 表達(dá)式與匿名類的區(qū)別

使用匿名類與 Lambda 表達(dá)式的一大區(qū)別在于關(guān)鍵詞的使用。對于匿名類，關(guān)鍵詞 this 解讀為匿名類，而對于 Lambda 表達(dá)式，關(guān)鍵詞 this 解讀為寫就 Lambda 的外部類。

Lambda 表達(dá)式與匿名類的另一不同在于兩者的編譯方法。Java 編譯器編譯 Lambda 表達(dá)式并將他們轉(zhuǎn)化為類里面的私有函數(shù)，它使用 Java 7 中新加的 invokedynamic 指令動態(tài)綁定該方法，關(guān)于 Java 如何將 Lambda 表達(dá)式編譯為字節(jié)碼，Tal Weiss 寫了一篇很好的文章。

到此為止啦，親們！

Mark Reinhold，甲骨文的首席架構(gòu)師，將 Lambda 表達(dá)式描述為該編程模型最大的提升——比泛型(generics)還強(qiáng)大。事實(shí)的確如此，Lambda 表達(dá)式賦予了 Java 程序員相較于其他函數(shù)式編程語言缺失的特性，結(jié)合虛擬擴(kuò)展方法之類的特性，Lambda 表達(dá)式能寫出一些極好的代碼。

希望這篇文章能讓您對 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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