Java基础---lambda表达式

一、为什么要引入lambda表达式

lambda 表达式是一个可传递的代码块，可以在以后执行一次或多次。

在介绍lambda表达式之前，我们看一下，以前，我们对于一个问题的通常写法。

假设你已经了解了如何按指定时间间隔完成工作，当然不了解也没关系，只是作为例子说明。将这个工作放在一个 ActionListener 的 actionPerformed 方法中：

class Worker implements ActionListener
{
    public void actionPerformed(ActionEvent event)
    {
        // do some work
    }
}

想要反复执行这个代码时，可以构造 Worker 类的一个实例。然后把这个实例提交到一个 Timer 对象。这里的重点是 actionPerformed 方法包含希望以后执行的代码。

或者可以考虑如何用一个定制比较器完成排序。如果想按长度而不是默认的字典顺序对

字符串排序，可以向 sort 方法传人一个 Comparator 对象：

class LengthComparator implements Comparator<String>
{
    public int compare(String first, String second)
    {
        return first.length() - second.length();
    }
}

这两个例子有一些共同点，都是将一个代码块传递到某个对象（一个定时器，或者一个 sort 方法)。这个代码块会在将来某个时间调用。

到目前为止，在 Java 中传递一个代码段并不容易，不能直接传递代码段。 Java 是一种面

向对象语言，所以必须构造一个对象，这个对象的类需要有一个方法能包含所需的代码。

在其他语言中，可以直接处理代码块。 Java 设计者很长时间以来一直拒绝增加这个特性。毕竟， Java 的强大之处就在于其简单性和一致性。如果只要一个特性能够让代码稍简洁一些，就把这个特性增加到语言中，这个语言很快就会变得一团糟，无法管理。不过，在另外那些语言中，并不只是创建线程或注册按钮点击事件处理器更容易；它们的大部分 API 都更简单、更一致而且更强大。在 Java 中，也可以编写类似的 API 利用类对象实现特定的功能，不过这种 API 使用可能很不方便。

二、lambda表达式的语法

再来考虑上面讨论的排序例子。我们传入代码来检查一个字符串是否比另一个字符串短。这里要计算：

first. length() - second . length()

first 和 second 是什么？它们都是字符串。 Java 是一种强类型语言，所以我们还要指定它们的类型：

(String first, String second)

-> first.length() - second.length()

这就是一个lambda表达式。lambda 表达式就是一个代码块，以及必须传入代码的变量规范。

你已经见过 Java 中的一种 lambda 表达式形式：参数，箭头（ - > ) 以及一个表达式。如果代码要完成的计算无法放在一个表达式中，就可以像写方法一样，把这些代码放在 {} 中，并包含显式的 return 语句。例如：

即使 lambda 表达式没有参数，仍然要提供空括号，就像无参数方法一样：

如果可以推导出一个 lambda 表达式的参数类型，则可以忽略其类型。例如：

在这里，编译器可以推导出 first 和 second 必然是字符串，因为这个 lambda 表达式将赋给一个字符串比较器。

如果方法只有一个参数，而且这个参数的类型可以推导得出，那么甚至还可以省略小括号：

无需指定 lambda 表达式的返回类型。 lambda 表达式的返回类型总是会由上下文推导得出。例如，下面的表达式：

可以在需要 int 类型结果的上下文中使用。

如果一个 lambda 表达式只在某些分支返回一个值，而在另外一些分支不返回值，这是不合法的。例如，（ int x ) - > { if ( x > = 0 ) return 1 ; } 就不合法。

代码示例：

package FunctionProm;

import javax.swing.*;
import java.util.Arrays;
import java.util.Date;

public class LambdaTest {
    public static void main(String[] args) {
        String[] planets = new String[] { "Mercury" , "Venus" , "Earth" , "Mars" , "Jupiter" , "Saturn" , "Uranus" , "Neptune" };
        System.out.println(Arrays.toString(planets));
        System.out. println("Sorted in dictionary order:") ;
        Arrays.sort(planets);
        System.out.println (Arrays.toString(planets));
        System.out . println ("Sorted by length:");
        Arrays.sort(planets, (first, second) -> first.length() - second.length()) ;
        System.out. println(Arrays.toString(planets));
        Timer t = new Timer(1000, event ->
                System.out.println ("The time is " + new Date()));
        t.start();
        // keep program running until user selects "0k"
        JOptionPane.showMessageDialog (null , "Quit program?");
        System.exit(0);
    }
}

三、函数式接口

前面已经讨论过， Java 中已经有很多封装代码块的接口，如 ActionListener 或 Comparator。 lambda 表达式与这些接口是兼容的。

对于只有一个抽象方法的接口，需要这种接口的对象时，就可以提供一个 lambda 表达式。这种接口称为函数式接口（ functional interface ) 。

为了展示如何转换为函数式接口，下面考虑 Arrays . sort 方法。它的第二个参数需要一个 Comparator 实例， Comparator 就是只有一个方法的接口，所以可以提供一个 lambda 表达式：

在底层， Arrays . sort 方法会接收实现了 Comparator < String > 的某个类的对象。在这个对象上调用 compare 方法会执行这个 lambda 表达式的体。这些对象和类的管理完全取决于具体实现，与使用传统的内联类相比，这样可能要高效得多。最好把 lambda 表达式看作是一个函数，而不是一个对象，另外要接受 lambda 表达式可以传递到函数式接口。

lambda 表达式可以转换为接口，这一点让 lambda 表达式很有吸引力。具体的语法很简短。下面再来看一个例子：

与使用实现了 ActionListener 接口的类相比，这个代码可读性要好得多。

实际上，在 Java 中，对 lambda 表达式所能做的也只是能转换为函数式接口。在其他支持函数字面量的程序设计语言中，可以声明函数类型（如（ String , String ) - > int ) 、声明这些类型的变量，还可以使用变量保存函数表达式。不过， Java 设计者还是决定保持我们熟悉的接口概念，没有为Java 语言增加函数类型。

Java API 在 java . util . fimction 包中定义了很多非常通用的函数式接口。其中一个接口BiFunction< T , U , R > 描述了参数类型为 T 和 U 而且返回类型为 R 的函数。可以把我们的字符串比较 lambda 表达式保存在这个类型的变量中：

不过，这对于排序并没有帮助。没有哪个 Arrays . sort 方法想要接收一个 BiFunction 。如果你之前用过某种函数式程序设计语言，可能会发现这很奇怪。不过，对于 Java 程序员而言，这非常自然。类似 Comparator 的接口往往有一个特定的用途，而不只是提供一个有指定参数和返回类型的方法。 Java SE 8 沿袭了这种思路。想要用 lambda 表达式做某些处理，还是要谨记表达式的用途，为它建立一个特定的函数式接口。

java . util . function 包中有一个尤其有用的接口 Predicate :

ArrayList 类有一个 removelf 方法，它的参数就是一个 Predicate 。这个接口专门用来传递 lambda 表达式。例如，下面的语句将从一个数组列表删除所有 null 值：

list. removelf ( e - > e = = null ) ;

四、方法引用

有时，可能已经有现成的方法可以完成你想要传递到其他代码的某个动作。例如，假设你希望只要出现一个定时器事件就打印这个事件对象。当然，为此也可以调用 :

但是，如果直接把 println 方法传递到 Timer 构造器就更好了。具体做法如下：

表达式 System . out :: println 是一个方法引用（ method reference ) , 它等价于 lambda 表达式 x 一 > System . out . println ( x ) 。

再来看一个例子，假设你想对字符串排序，而不考虑字母的大小写。可以传递以下方法表达式：

从这些例子可以看出，要用:: 操作符分隔方法名与对象或类名。主要有 3 种情况：

在前 2 种情况中，方法引用等价于提供方法参数的 lambda 表达式。前面已经提到， System. out :: println 等价于 x - > System . out . println ( x)。类似地， Math : : pow 等价于（ x ， y ) - >

Math . pow ( x , y)。

对于第 3 种情况，第 1 个参数会成为方法的目标。例如， String : : compareToIgnoreCase 等

同于 ( x , y ) - > x . compareToIgnoreCase ( y ) 。

如果有多个同名的重栽方法，编译器就会尝试从上下文中找出你指的那一个方法。例如， Math . max 方法有两个版本，一个用于整数，另一个用于 double 值。选择哪一个版本取决于 Math :: max 转换为哪个函数式接口的方法参数。类似于 lambda 表达式，方法引用不能独立存在，总是会转换为 函数式接口 的实例。

可以在方法引用中使用 this 参数。例如， this :: equals 等同于 x - > this . equals ( x ) 。使用

super 也是合法的。下面的方法表达式：

super: : instanceMethod

使用 this 作为目标，会调用给定方法的超类版本

为了展示这一点，下面给出一个假想的例子：

TimedGreeter. greet 方法开始执行时，会构造一个 Timer , 它会在每次定时器滴答时执行 super:: greet 方法。这个方法会调用超类的 greet 方法。

五、构造器引用

构造器引用与方法引用很类似，只不过方法名为 new 。例如， Person : : new 是 Person 构造器的一个引用。哪一个构造器呢？这取决于上下文。假设你有一个字符串列表。可以把它转换为一个 Person 对象数组，为此要在各个字符串上调用构造器，调用如下：

map 方法会为各个列表元素调用 Person ( String ) 构造器。如果有多个 Person 构造器，编译器会选择有一个 String 参数的构造器，因为它从上下文推导出这是在对一个字符串调用构造器。

可以用数组类型建立构造器引用。例如， int [] :: new 是一个构造器引用，它有一个参数：即数组的长度。这等价于 lambda 表达式 x - > new int [ x ]。

Java 有一个限制，无法构造泛型类型 T 的数组。数组构造器引用对于克服这个限制很有用。表达式 new T [ n ] 会产生错误，因为这会改为 new Object [ n]。

对于开发类库的人来说，这是一个问题。例如，假设我们需要一个 Person 对象数组。

Stream 接口有一个 toArray 方法可以返回 Object 数组：

不过，这并不让人满意。用户希望得到一个 Person 引用数组，而不是 Object 引用数组。流库利用构造器引用解决了这个问题。可以把 Person [ ] : : new 传入 toArray 方法：

toArray方法调用这个构造器来得到一个正确类型的数组。然后填充这个数组并返回。

六、变量作用域

通常，你可能希望能够在 lambda 表达式中访问外围方法或类中的变量。考虑下面这个例子：

public static void repeatMessage(String text, int delay)
{
    ActionListener listener = event ->
        {
                System.out.println(text);
                Toolkit.getDefaultToolkit().beep():
    }；
    new Timer(delay, listener).start();
}

来看这样一个调用：

现在来看 lambda 表达式中的变量 text 。注意这个变量并不是在这个 lambda 表达式中定义的。实际上，这是 repeatMessage 方法的一个参数变量。

如果再想想看，这里好像会有问题，尽管不那么明显。 lambda 表达式的代码可能会在 repeatMessage 调用返回很久以后才运行，而那时这个参数变量已经不存在了。如何保留 text

变量呢？

要了解到底会发生什么，下面来巩固我们对 lambda 表达式的理解 lambda 表达式有 3 个部分：

1 ) 一个代码块；

2 ) 参数 ;

3 ) 自由变量的值，这是指非参数而且不在代码中定义的变量。

在我们的例子中，这个 lambda 表达式有 1 个自由变量 text 。表示 lambda 表达式的数据结构必须存储自由变量的值，在这里就是字符串 " Hello " 。我们说它被 lambda 表达式捕获（下面来看具体的实现细节。例如，可以把一个 lambda 表达式转换为包含一个方法的对象，这样自由变量的值就会复制到这个对象的实例变量中。）