java8新特性→方法和构造函数引用：替代Lambda表达式

Posted 2021-05-20 zwh2020

Method and Contrutor References

函数式接口是Lambda的基础，而方法引用是Lambda的孪生兄弟。

在使用Lambda表达式的时候，我们实际上传递进去的代码就是一种解决方案：拿什么参数做什么操作。那么考虑一种情况：如果我们在Lambda中所指定的操作方案，已经有地方存在相同方案，那是否还有必要再写重复逻辑？

冗余的Lambda场景

来看一个简单的函数式接口以应用Lambda表达式：

@FunctionalInterface 
public interface Printable { 
    void print(String str); 
}

在 Printable 接口当中唯一的抽象方法 print 接收一个字符串参数，目的就是为了打印显示它。那么通过Lambda来使用它的代码很简单：

public class Demo01PrintSimple { 
    private static void printString(Printable data) { 
        data.print("Hello, World!"); 
    }
    public static void main(String[] args) { 
        printString(s ‐> System.out.println(s)); 
    } 
}

其中 printString 方法只管调用 Printable 接口的 print 方法，而并不管 print 方法的具体实现逻辑会将字符串打印到什么地方去。而 main 方法通过Lambda表达式指定了函数式接口Printable 的具体操作方案为：拿到String（类型可推导，所以可省略）数据后，在控制台中输出它。

问题分析

这段代码的问题在于，对字符串进行控制台打印输出的操作方案，明明已经有了现成的实现，那就是System.out对象中的 println(String) 方法。既然Lambda希望做的事情就是调用println(String) 方法，那何必自己手动调用呢？

用方法引用改进代码

能否省去Lambda的语法格式（尽管它已经相当简洁）呢？只要“引用”过去就好了：

public class Demo02PrintRef { 
    private static void printString(Printable data) { 
        data.print("Hello, World!"); 
    }
    public static void main(String[] args) { 
        printString(System.out::println); 
    } 
}

请注意其中的双冒号 :: 写法，这被称为“方法引用”，而双冒号是一种新的语法。

方法引用符

双冒号 :: 为引用运算符，而它所在的表达式被称为方法引用。如果Lambda要表达的函数方案已经存在于某个方法的实现中，那么则可以通过双冒号来引用该方法作为Lambda的替代者。

语义分析

例如上例中，System.out对象中有一个重载的println(String)方法恰好就是我们所需要的。那么对于printString方法的函数式接口参数，对比下面两种写法，完全等效：

• Lambda表达式写法： s -> System.out.println(s);

• 方法引用写法： System.out::println

第一种语义是指：拿到参数之后经Lambda之手，继而传递给 System.out.println 方法去处理。

第二种等效写法的语义是指：直接让 System.out 中的 println 方法来取代Lambda。两种写法的执行效果完全一样，而第二种方法引用的写法复用了已有方案，更加简洁。

注:Lambda 中 传递的参数 一定是方法引用中 的那个方法可以接收的类型,否则会抛出异常

推导与省略

如果使用Lambda，那么根据“可推导就是可省略”的原则，无需指定参数类型，也无需指定的重载形式——它们都将被自动推导。而如果使用方法引用，也是同样可以根据上下文进行推导。

下面这段代码将会调用 println 方法的不同重载形式，将函数式接口改为int类型的参数：

@FunctionalInterface 
public interface PrintableInteger { 
    void print(int str); 
}

由于上下文变了之后可以自动推导出唯一对应的匹配重载，所以方法引用没有任何变化：

public class Demo03PrintOverload { 
    private static void printInteger(PrintableInteger data) { 
        data.print(1024); 
    }
    public static void main(String[] args) { 
        printInteger(System.out::println); 
    } 
}

这次方法引用将会自动匹配到 println(int) 的重载形式。

1、通过对象名引用成员方法

这是最常见的一种用法，与上例相同。如果一个类中已经存在了一个成员方法：

public class MethodRefObject { 
    public void printUpperCase(String str) { 
        System.out.println(str.toUpperCase()); 
    } 
}

函数式接口仍然定义为：

@FunctionalInterface 
public interface Printable { 
    void print(String str); 
}

那么当需要使用这个 printUpperCase 成员方法来替代 Printable 接口的Lambda的时候，已经具有了MethodRefObject 类的对象实例，则可以通过对象名引用成员方法，代码为：

public class Demo04MethodRef { 
    private static void printString(Printable lambda) { 
        lambda.print("Hello"); 
    }
    public static void main(String[] args) { 
        MethodRefObject obj = new MethodRefObject(); 
        printString(obj::printUpperCase); 
    } 
}

2、通过类名称引用静态方法

由于在 java.lang.Math 类中已经存在了静态方法 abs，所以当我们需要通过Lambda来调用该方法时，有两种写法。首先是函数式接口：

@FunctionalInterface 
    public interface Calcable { 
    int calc(int num); 
}

第一种写法是使用Lambda表达式：

public class Demo05Lambda { 
    private static void method(int num, Calcable lambda) { 
        System.out.println(lambda.calc(num)); 
    }
    public static void main(String[] args) { 
        method(‐10, n ‐> Math.abs(n)); 
    } 
}

但是使用方法引用的更好写法是：

public class Demo06MethodRef { 
    private static void method(int num, Calcable lambda) { 
        System.out.println(lambda.calc(num)); 
    }
    public static void main(String[] args) { 
        method(‐10, Math::abs); 
    } 
}

在这个例子中，下面两种写法是等效的：

• Lambda表达式： n -> Math.abs(n)

• 方法引用： Math::abs

3、通过super引用成员方法

如果存在继承关系，当Lambda中需要出现super调用时，也可以使用方法引用进行替代。首先是函数式接口：

@FunctionalInterface 
public interface Greetable { 
    void greet(); 
}

然后是父类 Human 的内容：

public class Human { 
    public void sayHello() { 
        System.out.println("Hello!"); 
    } 
}

最后是子类 Man 的内容，其中使用了Lambda的写法：

public class Man extends Human { 
    @Override 
    public void sayHello() { 
        System.out.println("大家好,我是Man!"); 
    }
    //定义方法method,参数传递Greetable接口 
    public void method(Greetable g){ 
        g.greet(); 
    }
    public void show(){ 
        //调用method方法,使用Lambda表达式 
        method(()‐>{ 
        //创建Human对象,调用sayHello方法 
        new Human().sayHello(); }); 
        //简化Lambda method(()‐>new Human().sayHello()); 
        //使用super关键字代替父类对象 
        method(()‐>super.sayHello()); 
    } 
}

但是如果使用方法引用来调用父类中的 sayHello 方法会更好，例如另一个子类Woman ：

public class Man extends Human { 
    @Override
    public void sayHello() { 
        System.out.println("大家好,我是Man!"); 
    }
    //定义方法method,参数传递Greetable接口 
    public void method(Greetable g){ 
        g.greet(); 
    }
    public void show(){ 
        method(super::sayHello); 
    } 
}

在这个例子中，下面两种写法是等效的：

• Lambda表达式： () -> super.sayHello()

• 方法引用： super::sayHello

4、通过this引用成员方法

this代表当前对象，如果需要引用的方法就是当前类中的成员方法，那么可以使用“this::成员方法”的格式来使用方法引用。首先是简单的函数式接口：

@FunctionalInterface 
public interface Richable { 
    void buy(); 
}

下面是一个丈夫 Husband 类：

public class Husband { 
    private void marry(Richable lambda) { 
        lambda.buy(); 
    }
    public void beHappy() { 
        marry(() ‐> System.out.println("买套房子")); 
    } 
}

开心方法 beHappy 调用了结婚方法 marry ，后者的参数为函数式接口 Richable，所以需要一个Lambda表达式。但是如果这个Lambda表达式的内容已经在本类当中存在了，则可以对 Husband丈夫类进行修改：

public class Husband { 
    private void buyHouse() { 
        System.out.println("买套房子"); 
    }
    private void marry(Richable lambda) { 
        lambda.buy(); 
    }
    public void beHappy() { 
        marry(() ‐> this.buyHouse()); 
    } 
}

如果希望取消掉Lambda表达式，用方法引用进行替换，则更好的写法为：

public class Husband { 
    private void buyHouse() { 
        System.out.println("买套房子"); 
    }
    private void marry(Richable lambda) { 
        lambda.buy(); 
    }
    public void beHappy() { 
        marry(this::buyHouse);
    } 
}

在这个例子中，下面两种写法是等效的：

• Lambda表达式： () -> this.buyHouse()

• 方法引用： this::buyHouse

5、类的构造器引用

由于构造器的名称与类名完全一样，并不固定。所以构造器引用使用类名称::new 的格式表示。首先是一个简单的 Person 类：

public class Person { 
    private String name; 
    public Person(String name) { 
        this.name = name; 
    }
    public String getName() { 
        return name; 
    }
    public void setName(String name) { 
        this.name = name; 
    } 
}

然后是用来创建 Person 对象的函数式接口：

public interface PersonBuilder { 
    Person buildPerson(String name);
}

要使用这个函数式接口，可以通过Lambda表达式：

public class Demo09Lambda { 
    public static void printName(String name, PersonBuilder builder) { 
        System.out.println(builder.buildPerson(name).getName()); 
    }
    public static void main(String[] args) { 
        printName("赵丽颖", name ‐> new Person(name)); 
    } 
}

但是通过构造器引用，有更好的写法：

public class Demo10ConstructorRef { 
    public static void printName(String name, PersonBuilder builder) { 
        System.out.println(builder.buildPerson(name).getName()); 
    }
    public static void main(String[] args) { 
        printName("赵丽颖", Person::new); 
    } 
}

在这个例子中，下面两种写法是等效的：

• Lambda表达式： name -> new Person(name)

• 方法引用： Person::new

6、数组的构造器引用

数组也是 Object 的子类对象，所以同样具有构造器，只是语法稍有不同。如果对应到Lambda的使用场景中时，需要一个函数式接口：

@FunctionalInterface 
public interface ArrayBuilder { 
    int[] buildArray(int length); 
}

在应用该接口的时候，可以通过Lambda表达式：

public class Demo11ArrayInitRef { 
    private static int[] initArray(int length, ArrayBuilder builder) { 
        return builder.buildArray(length); 
    }
    public static void main(String[] args) { 
        int[] array = initArray(10, length ‐> new int[length]); 
    } 
}

但是更好的写法是使用数组的构造器引用：

public class Demo12ArrayInitRef { 
    private static int[] initArray(int length, ArrayBuilder builder) { 
        return builder.buildArray(length); 
    }
    public static void main(String[] args) { 
        int[] array = initArray(10, int[]::new); 
    } 
}

在这个例子中，下面两种写法是等效的：

• Lambda表达式： length -> new int[length]

• 方法引用： int[]::new