【Java高级语法】（十五）lambda表达式：给你一颗语法糖Lambda，解析函数式编程的杰作~

news2024/11/20 3:19:29

Java高级语法详解之lambda表达式

  • 1️⃣ 概念
  • 2️⃣ 优势和缺点
  • 3️⃣ 使用
    • 3.1 语法结构
    • 3.2 案例
      • 3.2.1 无参Lambda
      • 3.2.2 带有一个参数
      • 3.2.3 带有多个参数
      • 3.2.4 方法引用的简化形式
  • 4️⃣ 应用场景
  • 5️⃣ 优化技巧
  • 6️⃣ 原理
  • 7️⃣ 注意性能问题
  • 🌾 总结

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1️⃣ 概念

Java Lambda表达式是在Java 8中引入的一项重要特性。它们主要受到函数式编程语言的影响，如Haskell和Scala。Lambda表达式为Java引入了一种简洁而强大的功能，可以更便捷地处理函数式编程的概念。

Lambda表达式是一个匿名函数，可以传递给方法作为参数或用作返回值。它是一个使用箭头符号（->）定义的代码块，由Lambda参数、箭头符号和方法体组成。Lambda表达式允许我们将行为作为一等公民进行传递，使得代码更具可读性和灵活性。

2️⃣ 优势和缺点

优点：

  • 简洁性：Lambda表达式允许以更紧凑的方式编写代码，减少样板代码；
  • 使代码更易读：通过使用Lambda表达式，可以将关注点放在实际要执行的操作上，减少了对底层实现的关注；
  • 支持函数式编程风格：能够更好地支持函数式编程的思想，如高阶函数、闭包等。

缺点：

  • 需要理解函数式编程的概念：Lambda表达式需要开发者掌握函数式编程的思想，在初步学习过程中可能较为陌生；
  • 可能引发性能问题：Lambda表达式在某些情况下可能导致额外的开销和性能损失，特别是与传统的循环和条件语句相比。

3️⃣ 使用

3.1 语法结构

Lambda表达式的语法结构如下：

(parameters) -> expression or {statements}

这是最基本的Lambda表达式结构，其中，parameters表示方法参数列表，可以为空或包含一个或多个参数，expression或者{statements}表示要执行的表达式或代码块，用代码块来表示多个语句时，可以在其中包含多条语句并使用return语句返回结果。

而针对不同的情况，Java中Lambda表达式的语法结构有以下几种写法：

  1. 无参情况：当Lambda表达式不需要参数时，可以使用一对空括号代替参数列表，后面可以跟一个表达式或一个代码块。
    () -> expression or {statements}
  2. 带有一个参数的情况：当Lambda表达式只有一个参数时，可以省略参数列表的括号。
    parameter -> expression or {statements}
  3. 带有多个参数的情况：
    (parameters) -> expression or {statements}
  4. 方法引用的简化形式：如果Lambda表达式的主体只是调用一个方法，可以使用方法引用的简化形式来代替具体的Lambda表达式，其中Class是静态方法所在的类名，object是实例方法所在的对象。
    Class::methodName
object::methodName

这些是Lambda表达式的常见写法，在应用程序中根据需求和上下文选择合适的写法。

关于方法引用的知识在后边的文章再具体介绍。

3.2 案例

3.2.1 无参Lambda

public class LambdaExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 使用Lambda表达式实现Runnable接口
        Runnable runnable = () -> System.out.println("Hello, World!");
        Thread thread = new Thread(runnable);
        thread.start();
        
        // 2. 使用Lambda表达式实现自定义函数式接口
        MyFunctionalInterface funcInterface = () -> System.out.println("Hello, ChinaAi!");
        funcInterface.run();
    }
}

@FunctionalInterface
interface MyFunctionalInterface {
    void run();
}

在上面代码中，我使用Lambda表达式实现Runnable接口：创建一个Runnable对象，Lambda表达式表示了在run()方法中要执行的代码块。

然后，我使用Lambda表达式实现自定义的函数式接口MyFunctionalInterface：创建一个实现该接口的对象，Lambda表达式表示了在run()方法中要执行的代码块。

运行结果：

Hello, World!
Hello, ChinaAi!

3.2.2 带有一个参数

import java.util.function.Consumer;

public class LambdaExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 使用Lambda表达式实现Consumer接口
        Consumer<String> consumer = (name) -> System.out.println("Hello, " + name);
        consumer.accept("Alice");
        
        // 2. 使用Lambda表达式实现自定义函数式接口
        MyFunctionalInterface funcInterface = (name) -> System.out.println("Hello, " + name);
        funcInterface.run("Bob");
    }
}

@FunctionalInterface
interface MyFunctionalInterface {
    void run(String name);
}

在上面代码中，我使用Lambda表达式实现Consumer接口：创建一个Consumer对象，Lambda表达式表示了在accept()方法中要执行的代码块。

然后，我使用Lambda表达式实现自定义的函数式接口MyFunctionalInterface：创建一个实现该接口的对象，Lambda表达式表示了在run(String name)方法中要执行的代码块。

运行结果：

Hello, Alice
Hello, Bob

3.2.3 带有多个参数

import java.util.Comparator;

public class LambdaExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 使用Lambda表达式实现Comparator接口
        Comparator<Integer> comparator = (num1, num2) -> Integer.compare(num1, num2);
        int result = comparator.compare(5, 3);
        System.out.println(result);
        
        // 2. 使用Lambda表达式实现自定义函数式接口
        MyFunctionalInterface funcInterface = (num1, num2) -> System.out.println("Sum: " + (num1 + num2));
        funcInterface.run(10, 20);
    }
}

@FunctionalInterface
interface MyFunctionalInterface {
    void run(int num1, int num2);
}

在上面代码中，我使用Lambda表达式实现Comparator接口：创建一个Comparator对象，Lambda表达式表示了在compare(num1, num2)方法中要执行的代码块。其中，调用了静态方法Integer.compare()来比较两个整数的大小。

然后使用Lambda表达式实现自定义的函数式接口MyFunctionalInterface：创建一个实现该接口的对象，Lambda表达式表示了在run(int num1, int num2)方法中要执行的代码块。

运行结果：

1
Sum: 30

3.2.4 方法引用的简化形式

import java.util.function.Consumer;
import java.util.function.Supplier;

public class LambdaExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 对象::实例方法
        Consumer<String> consumer1 = System.out::println;
        consumer1.accept("Hello, World!");
        
        // 2. 类名::静态方法
        Supplier<Double> supplier = Math::random;
        double randomNum = supplier.get();
        System.out.println(randomNum);
       
    }
}

在上面代码中，我使用 对象::实例方法 来创建一个Consumer对象，使用对象引用方法的简化形式来执行accept()方法。
使用 类名::静态方法 来创建一个Supplier对象，使用类名引用静态方法的简化形式来执行get()方法。

运行结果：

Hello, World!
0.6158534899118129

4️⃣ 应用场景

Lambda表达式在多种场景下都能发挥作用，包括但不限于：

  • 函数式接口（Functional Interface）：通过Lambda表达式可以实现函数式接口的匿名内部类替代；
  • 集合操作：使用Lambda表达式可以在集合上进行筛选、映射、归约等操作，让代码更加简洁和易读；
  • 多线程编程：使用Lambda表达式可以方便地实现多线程任务的并行处理；
  • GUI事件处理：Lambda表达式可以简化GUI应用程序中的事件处理代码。

5️⃣ 优化技巧

在编写和使用Lambda表达式时，可以考虑以下优化技巧：

  • 避免过度复杂化：尽量保持Lambda表达式简洁，以提高代码可读性。
  • 使用方法引用：当Lambda表达式仅仅是调用一个已经存在的方法时，可以使用方法引用来代替，使得代码更加简洁。
  • 多线程优化：结合并行流（parallel stream）和Lambda表达式，可以实现多核处理器的并行计算，提高效率。

6️⃣ 原理

Java语言中的lambda表达式是一种闭包（Closure）的实现方式，它允许我们将函数作为参数传递给其他方法，并且能够在需要的时候延迟执行这些代码。

Lambda表达式最初在Java 8中引入，主要用于简化匿名内部类的编写，使得代码更加简洁、易读。Lambda表达式被视为一种可传递的代码块，充当了函数式接口的一个实例。

Lambda表达式的原理基于如下几个关键概念：

  1. 函数式接口：Lambda表达式的类型由目标上下文推断得出，并且该上下文必须是函数式接口。函数式接口是只包含一个抽象方法的接口。
  2. Lambda表达式语法：Lambda表达式可以通过箭头符号（->）来定义，左侧表示输入参数，右侧表示方法体。例如：(参数) -> { 方法体 }。
  3. 类型推断：Java编译器使用目标上下文，根据参数类型进行类型推断，以确定Lambda表达式的类型。
  4. 闭包与捕获变量：Lambda表达式可以访问其周围的局部变量和参数，甚至可以访问final或事实上是final的变量。这些被访问的变量称为捕获变量，并且它们会在形成闭包时被复制。

当使用Lambda表达式时，编译器将根据语法规则将其转化为对应的函数式接口实例。在运行时，可以像传递常规对象一样传递和执行Lambda表达式。这种方式使得我们可以更方便地使用函数式编程风格来处理集合、并发等问题。

7️⃣ 注意性能问题

Java中的lambda表达式在某些情况下可能导致性能问题。以下是几种可能的情况：

  1. 过多的自动装箱和拆箱：Lambda表达式中的参数和返回值类型是通过自动装箱和拆箱来实现的。如果在频繁调用的场景中使用Lambda表达式，会产生大量的对象创建和销毁操作，从而引起性能问题。

  2. 频繁创建匿名内部类：每次使用Lambda表达式时，都会创建一个匿名内部类的实例。如果在循环或高并发应用中频繁创建大量的匿名内部类实例，会导致不必要的开销，影响性能。

  3. 循环中的Lambda表达式：如果在循环中使用Lambda表达式，每次迭代都会创建一个新的Lambda实例。对于大型循环，特别是多层嵌套的循环，这可能导致频繁的垃圾回收和额外的开销，降低性能。

  4. Lambda表达式的逻辑复杂臃肿：如果Lambda表达式内部包含大量的复杂逻辑操作，例如循环、条件判断等，可能会导致Lambda执行时的时间复杂度增加，从而降低性能。

为了避免上述问题，可以采取以下对应策略：

  • 避免在性能敏感的代码块中过度使用Lambda表达式，尤其是频繁调用的地方。
  • 尽量重复使用Lambda实例，避免频繁创建匿名内部类。
  • 对于循环内的Lambda表达式，可以考虑将其提取到循环外部，以减少实例的创建次数。
  • 简化并优化Lambda表达式的逻辑，减少复杂度和执行时间。

同时，最重要的是需要根据具体场景和性能需求评估使用Lambda表达式可能带来的性能影响，并进行必要的优化措施。

🌾 总结

Java Lambda表达式为Java 8引入了强大的功能，通过简洁的语法使开发者能够更高效地编写代码。无论是在集合操作、多线程编程还是GUI事件处理中，都可以灵活应用Lambda表达式。但需要注意的是，在某些情况下它们可能导致性能问题，因此需要谨慎使用。

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