lambda表达式

Posted 2020-11-05 爱跑步的星仔

　　本文简单认识JDK8的重要新特性之一——Lambda表达式。 在JDK8之前，Java是不支持函数式编程的，所谓的函数编程，即可理解是将一个函数（也称为“行为”）作为一个参数进行传递。通常我们提及得更多的是面向对象编程，面向对象编程是对数据的抽象（各种各样的POJO类），而函数式编程则是对行为的抽象（将行为作为一个参数进行传递）。在javascript中这是很常见的一个语法特性，但在Java中将一个函数作为参数传递这却行不通，好在JDK8的出现打破了Java的这一限制。

　　例1、用lambda表达式实现Runnable

我开始使用Java 8时，首先做的就是使用lambda表达式替换匿名类，而实现Runnable接口是匿名类的最好示例。看一下Java 8之前的runnable实现方法，需要4行代码，而使用lambda表达式只需要一行代码。我们在这里做了什么呢？那就是用() -> {}代码块替代了整个匿名类：

        new Thread( new Runnable(){
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("before JDK8");
            }
        }).start();
        
        new Thread(()->{System.out.println("after JDK8");}).start();

输出：

这个例子向我们展示了Java 8 lambda表达式的语法。你可以使用lambda写出如下代码：

        (params) -> expression
        (params) -> statement
        (params) -> { statements }

例如，如果你的方法不对参数进行修改、重写，只是在控制台打印点东西的话，那么可以这样写：

() -> System.out.println("Hello Lambda Expressions")

如果你的方法接收两个参数，那么可以写成如下这样：

(int even, int odd) -> even + odd

顺便提一句，通常都会把lambda表达式内部变量的名字起得短一些。这样能使代码更简短，放在同一行。所以，在上述代码中，变量名选用a、b或者x、y会比even、odd要好。

　　例2、使用lambda表达式对列表进行迭代

如果你使过几年Java，你就知道针对集合类，最常见的操作就是进行迭代，并将业务逻辑应用于各个元素，例如处理订单、交易和事件的列表。由于Java是命令式语言，Java 8之前的所有循环代码都是顺序的，即可以对其元素进行并行化处理。如果你想做并行过滤，就需要自己写代码，这并不是那么容易。通过引入lambda表达式和默认方法，将做什么和怎么做的问题分开了，这意味着Java集合现在知道怎样做迭代，并可以在API层面对集合元素进行并行处理。下面的例子里，我将介绍如何在使用lambda或不使用lambda表达式的情况下迭代列表。你可以看到列表现在有了一个 forEach()  方法，它可以迭代所有对象，并将你的lambda代码应用在其中。

        List<String> features = Arrays.asList("Lambdas", "Default Method", "Stream API", "Date and Time API");
        // Java 8之前：
        for (String feature : features) {
            System.out.println(feature);
        }
        // Java 8之后：
        features.forEach((n)->{System.out.println(n);});

输出：

　　例3、使用lambda表达式和函数式接口Predicate

除了在语言层面支持函数式编程风格，Java 8也添加了一个包，叫做 java.util.function。它包含了很多类，用来支持Java的函数式编程。其中一个便是Predicate，使用 java.util.function.Predicate 函数式接口以及lambda表达式，可以向API方法添加逻辑，用更少的代码支持更多的动态行为。下面是Java 8 Predicate 的例子，展示了过滤集合数据的多种常用方法。Predicate接口非常适用于做过滤。

    public static void main(String[] tags){
        List<String> languages = Arrays.asList("Java", "Scala", "C++", "Haskell", "Lisp");
        System.out.println("打印字符串长度大于4：");
        filter(languages, (str)->str.length() > 4);
    }
      
    public static void filter(List<String> names, Predicate<String> condition) {
/*        names.forEach((str)->{
            if(condition.test(str)) {
                System.out.print(str + "    ");
            }
        });*/
        names.stream().filter((a)->condition.test(a)).forEach((b)->{System.out.println(b);});
    }

输出：

可以看到，Stream API的过滤方法也接受一个Predicate，这意味着可以将我们定制的 filter() 方法替换成写在里面的内联代码，这就是lambda表达式的魔力。另外，Predicate接口也允许进行多重条件的测试，下个例子将要讲到。

　　例4、如何在lambda表达式中加入Predicate

上个例子说到，java.util.function.Predicate 允许将两个或更多的 Predicate 合成一个。它提供类似于逻辑操作符AND和OR的方法，名字叫做and()、or()和xor()，用于将传入 filter() 方法的条件合并起来。例如，要得到所有以J开始，长度为四个字母的语言，可以定义两个独立的 Predicate 示例分别表示每一个条件，然后用 Predicate.and() 方法将它们合并起来，如下所示：

        List<String> languages = Arrays.asList("Java", "Scala", "C++", "Haskell", "Lisp");
        // 甚至可以用and()、or()和xor()逻辑函数来合并Predicate，
        // 例如要找到所有以J开始，长度为四个字母的名字，你可以合并两个Predicate并传入
        Predicate<String> startsWithJ = (n) -> n.startsWith("J");
        Predicate<String> fourLetterLong = (n) -> n.length() == 4;
        languages.stream()
            .filter(startsWithJ.and(fourLetterLong))
            .forEach((n) -> System.out.print("以J开头的并且长度等于4的: " + n));

类似地，也可以使用 or() 和 xor() 方法。本例着重介绍了如下要点：可按需要将 Predicate 作为单独条件然后将其合并起来使用。简而言之，你可以以传统Java命令方式使用 Predicate 接口，也可以充分利用lambda表达式达到事半功倍的效果。

　　例5、Java 8中使用lambda表达式的Map和Reduce示例

本例介绍最广为人知的函数式编程概念map。它允许你将对象进行转换。例如在本例中，我们将 costBeforeTax 列表的每个元素转换成为税后的值。我们将 x -> x*x lambda表达式传到 map() 方法，后者将其应用到流中的每一个元素。然后用 forEach() 将列表元素打印出来。使用流API的收集器类，可以得到所有含税的开销。有 toList() 这样的方法将 map 或任何其他操作的结果合并起来。由于收集器在流上做终端操作，因此之后便不能重用流了。你甚至可以用流API的 reduce() 方法将所有数字合成一个，下一个例子将会讲到。

        List<Integer> costBeforeTax = Arrays.asList(100, 200, 300, 400, 500);
        // 不使用lambda表达式为每个订单加上12%的税
        for (Integer cost : costBeforeTax) {
            double price = cost + .12*cost;
            System.out.println(price);
        }
         
        // 使用lambda表达式
        costBeforeTax.stream().map((cost) -> cost + .12*cost).forEach((result)->System.out.println(result));

　　在上个例子中，可以看到map将集合类（例如列表）元素进行转换的。还有一个 reduce() 函数可以将所有值合并成一个。Map和Reduce操作是函数式编程的核心操作，因为其功能，reduce 又被称为折叠操作。另外，reduce 并不是一个新的操作，你有可能已经在使用它。SQL中类似 sum()、avg() 或者 count() 的聚集函数，实际上就是 reduce 操作，因为它们接收多个值并返回一个值。流API定义的 reduceh() 函数可以接受lambda表达式，并对所有值进行合并。IntStream这样的类有类似 average()、count()、sum() 的内建方法来做 reduce 操作，也有mapToLong()、mapToDouble() 方法来做转换。这并不会限制你，你可以用内建方法，也可以自己定义。在这个Java 8的Map Reduce示例里，我们首先对所有价格应用 12% 的VAT，然后用 reduce() 方法计算总和。

        // 为每个订单加上12%的税
        // 老方法：
        List<Integer> costBeforeTax1 = Arrays.asList(100, 200, 300, 400, 500);
        double total = 0;
        for (Integer cost : costBeforeTax1) {
            double price = cost + .12*cost;
            total = total + price;
        }
        System.out.println("Total : " + total);
        
        //新方法
        List<Integer> costBeforeTax = Arrays.asList(100, 200, 300, 400, 500);
        System.out.println(costBeforeTax.stream().map((cost) -> cost+0.12*cost).reduce((sum,cost)->sum+cost).get());

输出：

　　例6、通过过滤创建一个String列表

过滤是Java开发者在大规模集合上的一个常用操作，而现在使用lambda表达式和流API过滤大规模数据集合是惊人的简单。流提供了一个 filter() 方法，接受一个 Predicate 对象，即可以传入一个lambda表达式作为过滤逻辑。下面的例子是用lambda表达式过滤Java集合，将帮助理解。

        List<String> oldList = Arrays.asList("java","c","c++");
        List<String> newList = oldList.stream().filter(x -> x.length()> 2).collect(Collectors.toList());
        System.out.printf("Original List : %s, filtered list : %s %n", oldList, newList);

输出：

另外，关于 filter() 方法有个常见误解。在现实生活中，做过滤的时候，通常会丢弃部分，但使用filter()方法则是获得一个新的列表，且其每个元素符合过滤原则。

　　例7、对列表的每个元素应用函数

我们通常需要对列表的每个元素使用某个函数，例如逐一乘以某个数、除以某个数或者做其它操作。这些操作都很适合用 map() 方法，可以将转换逻辑以lambda表达式的形式放在 map() 方法里，就可以对集合的各个元素进行转换了，如下所示。

        // 将字符串换成大写并用逗号链接起来
        List<String> countryList= Arrays.asList("USA", "Japan", "France", "Germany", "Italy", "U.K.","Canada");
        String countries = countryList.stream().map(x -> x.toUpperCase()).collect(Collectors.joining(", "));
        System.out.println(countries);

输出：

　　例8、复制不同的值，创建一个子列表

本例展示了如何利用流的 distinct() 方法来对集合进行去重。

        //去重
        List<Integer> numbers = Arrays.asList(9, 10, 3, 4, 7, 3, 4);
        List<Integer> distinct = numbers.stream().distinct().collect(Collectors.toList());
        System.out.printf("Original List : %s,  Square Without duplicates : %s %n", numbers, distinct);

输出：

　　例9、计算集合元素的最大值、最小值、总和以及平均值

IntStream、LongStream 和 DoubleStream 等流的类中，有个非常有用的方法叫做 summaryStatistics() 。可以返回 IntSummaryStatistics、LongSummaryStatistics 或者 DoubleSummaryStatistic s，描述流中元素的各种摘要数据。在本例中，我们用这个方法来计算列表的最大值和最小值。它也有 getSum() 和 getAverage() 方法来获得列表的所有元素的总和及平均值。

        //获取数字的个数、最小值、最大值、总和以及平均值
        List<Integer> primes = Arrays.asList(2, 3, 5, 7, 11);
        IntSummaryStatistics stats = primes.stream().mapToInt((x) -> x).summaryStatistics();
        System.out.println("最大值 : " + stats.getMax());
        System.out.println("最小值 : " + stats.getMin());
        System.out.println("和 : " + stats.getSum());
        System.out.println("平均值 : " + stats.getAverage());

输出：

Lambda表达式 vs 匿名类

　　既然lambda表达式即将正式取代Java代码中的匿名内部类，那么有必要对二者做一个比较分析。一个关键的不同点就是关键字 this。匿名类的 this 关键字指向匿名类，而lambda表达式的 this 关键字指向包围lambda表达式的类。另一个不同点是二者的编译方式。Java编译器将lambda表达式编译成类的私有方法。使用了Java 7的 invokedynamic 字节码指令来动态绑定这个方法。

Java 8 Lambda表达式要点

　　如果你喜欢阅读，那么记得看一下Java 8的lambdas，实用函数式编程这本书（Java 8 Lambdas, pragmatic functional programming），作者是Richard Warburton，或者也可以看看Manning的Java 8实战（Java 8 in Action），这本书虽然还没出版，但我猜线上有第一章的免费pdf。不过，在你开始忙其它事情之前，先回顾一下Java 8的lambda表达式、默认方法和函数式接口的重点知识。

1）lambda表达式仅能放入如下代码：预定义使用了 @Functional 注释的函数式接口，自带一个抽象函数的方法，或者SAM（Single Abstract Method 单个抽象方法）类型。这些称为lambda表达式的目标类型，可以用作返回类型，或lambda目标代码的参数。例如，若一个方法接收Runnable、Comparable或者 Callable 接口，都有单个抽象方法，可以传入lambda表达式。类似的，如果一个方法接受声明于 java.util.function 包内的接口，例如 Predicate、Function、Consumer 或 Supplier，那么可以向其传lambda表达式。

2）lambda表达式内可以使用方法引用，仅当该方法不修改lambda表达式提供的参数。本例中的lambda表达式可以换为方法引用，因为这仅是一个参数相同的简单方法调用。

list.forEach(n -> System.out.println(n));
list.forEach(System.out::println);  // 使用方法引用

然而，若对参数有任何修改，则不能使用方法引用，而需键入完整地lambda表达式，如下所示：

list.forEach((String s) -> System.out.println("*" + s + "*"));

 

事实上，可以省略这里的lambda参数的类型声明，编译器可以从列表的类属性推测出来。

3）lambda内部可以使用静态、非静态和局部变量，这称为lambda内的变量捕获。

4）Lambda表达式在Java中又称为闭包或匿名函数，所以如果有同事把它叫闭包的时候，不用惊讶。

5）Lambda方法在编译器内部被翻译成私有方法，并派发 invokedynamic 字节码指令来进行调用。可以使用JDK中的 javap 工具来反编译class文件。使用 javap -p 或 javap -c -v 命令来看一看lambda表达式生成的字节码。大致应该长这样：

private static java.lang.Object lambda$0(java.lang.String);

 

6）lambda表达式有个限制，那就是只能引用 final 或 final 局部变量，这就是说不能在lambda内部修改定义在域外的变量。

List<Integer> primes = Arrays.asList(new Integer[]{2, 3,5,7});
int factor = 2;
primes.forEach(element -> { factor++; });

报以下错误：

Local variable factor defined in an enclosing scope must be final or effectively final

另外，只是访问它而不作修改是可以的，如下所示：

        List<Integer> primes = Arrays.asList(2,3,5);
        int factor = 2;
        primes.forEach(element -> { System.out.println(factor*element); });

输出：

因此，它看起来更像不可变闭包，类似于Python。

　　此次修改将成为Java史上最大的一次，将深远影响未来Java开发者使用集合框架的方式。我想规模最相似的一次修改就是Java 5的发布了，它带来了很多优点，提升了代码质量，例如：泛型、枚举、自动装箱（Autoboxing）、静态导入、并发API和变量参数。上述特性使得Java代码更加清晰，我想lambda表达式也将进一步改进它。我在期待着开发并行第三方库，这可以使高性能应用变得更容易写。

 

原文链接： javarevisited 翻译： ImportNew.com - lemeilleur
译文链接： http://www.importnew.com/16436.html