Java新特性：Lambda表达式

Lambda 表达式（Lambda expression），也可称为闭包（Closure），是 Java（SE）8 中一个重要的新特性。Lambda 表达式允许我们通过表达式来代替功能接口。Lambda 表达式就和方法一样，它提供了一个正常的参数列表和一个使用这些参数的主体（body，可以是一个表达式或一个代码块）

Lambda 表达式可以看作是一个匿名函数，基于数学中的 λ 演算得名。

文章目录

- - Java新特性：Lambda表达式
  - - 1、Lambda表达式概述
    - - 1.1、Lambda表达式的简介
      - 1.2、Lambda表达式的语法
      - 1.3、Lambda表达式的要求
    - 2、函数式接口
    - - 2.1、什么是函数式接口
      - 2.2、函数式接口注解（@FunctionalInterface）
    - 3、Lambda表达式的使用
    - - 3.1、Lambda表达式的基本使用
      - 3.2、Lambda表达式的语法精简
    - 4、变量捕获
    - - 4.1、匿名内部类的变量捕获
      - 4.2、Lambda的变量捕获
      - 4.3、匿名内部类的变量捕获与Lambda的变量捕获的区别
    - 5、Lambda 在集合当中的使用
    - - 5.1、Collection接口中的forEach()方法
      - 5.2、List接口中的sort()方法
      - 5.3、Map接口的forEach()方法

1、Lambda表达式概述

1.1、Lambda表达式的简介

Lambda 表达式（Lambda expression），也可称为闭包（Closure），是 Java（SE）8 中一个重要的新特性。

Lambda 表达式允许我们通过表达式来代替功能接口。Lambda 表达式就和方法一样，它提供了一个正常的参数列表和一个使用这些参数的主体（body，可以是一个表达式或一个代码块）

Lambda 表达式可以看作是一个匿名函数，基于数学中的 λ 演算得名。

1.2、Lambda表达式的语法

Lambda 表达式的基本语法:

(parameters) -> expression 或 (parameters) -> { statements; }

Lambda 表达式的三个组成部分：

参数列表（parameters）：类似方法中的形参列表，这里的参数是函数式接口里的参数。这里的参数类型可以明确的声明，也可不声明而由 JVM 隐含的推断。另外当只有一个推断类型时可以省略掉圆括号；
箭头（->）：连接参数列表和 Lambda 主体,可理解为"被用于"的意思；
Lambda 主体（expression 或 { statements; }）：可以是表达式也可以代码块，是函数式接口里方法的实现。代码块可返回一个值或者什么都不反回，这里的代码块块等同于方法的方法体。如果是表达式，也可以返回一个值或者什么都不反回。

Lambda 表达式样例：

        // 1. 不需要参数,返回值为 2
        () -> 2
				// 2. 接收一个参数(数字类型),返回其2倍的值
        x -> 2*x
				// 3. 接受2个参数(数字),并返回他们的和
        (x, y) -> x+y
				// 4. 接收2个int型整数,返回他们的乘积
        (int x, int y) -> x*y
				// 5. 接受一个 string 对象,并在控制台打印,不返回任何值(看起来像是返回void)
        (String s) -> System.out.print(s)

1.3、Lambda表达式的要求

虽然说，Lambda 表达式可以在⼀定程度上简化接口的实现。但是，并不是所有的接口都可以使用 Lambda 表达式来简洁实现的。

Lambda 表达式毕竟只是⼀个匿名方法。当实现的接口中的方法过多或者多少的时候，Lambda 表达式都是不适用的。

Lambda 表达式，只能实现函数式接口。

2、函数式接口

2.1、什么是函数式接口

如果说，⼀个接口中，要求实现类必须实现的抽象方法，有且只有⼀个！这样的接口，就是函数式接口。

代码如下（示例）：

// 有且只有一个实现类必须要实现的抽象方法，所以是函数式接口
interface Demo{
    public void action();
}

或者（示例）：

// 有且只有一个实现类必须要实现的抽象方法，所以是函数式接口
interface Demo{
    public void action();
    public default void action2() {
        System.out.println("JDK1.8新特性，default默认方法可以有具体的实现");
    }
}

2.2、函数式接口注解（@FunctionalInterface）

在接口之前，我们可以使用 @FunctionalInterface 注解来判断这个接口是否是⼀个函数式接口。，用如果是函数式接口，没有任何问题。如果不是函数式接口，则会报错。功能类似于 @Override。
代码如下（示例）：

@FunctionalInterface
interface Demo{
    public void action();
}

3、Lambda表达式的使用

3.1、Lambda表达式的基本使用

例1（无参数无返回值）:

@FunctionalInterface
interface NoParameterNoReturn {
    // 注意：只能有一个抽象方法
    void action();
}
public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        NoParameterNoReturn noParameterNoReturn = () -> {
            System.out.println("无参数无返回值");
        };
        // action方法的主体内容在上述括号内
        noParameterNoReturn.action(); 
     }
}

例2（一参数无返回值）：

@FunctionalInterface
interface OneParameterNoReturn {
  	// 注意：只能有一个抽象方法
    void action(int a);
}
public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        OneParameterNoReturn oneParameterNoReturn = (int a) -> {
            System.out.println("一参数无返回值:" + "参数1：" + a);
        };
        // action方法的主体内容在上述括号内
        oneParameterNoReturn.action(10);
     }
}

例3（多参数无返回值）：

@FunctionalInterface
interface MoreParameterNoReturn {
  	// 注意：只能有一个抽象方法
    void action(int a, int b);
}
public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
						MoreParameterNoReturn moreParameterNoReturn = (int a, int b) -> {
            System.out.println("多参数无返回值：" + "参数1：" + a  + "参数2：" + b);
        };
        moreParameterNoReturn.action(20, 30);
     }
}

例4（无参数有返回值）：

@FunctionalInterface
interface NoParameterReturn {
    int action();
}
public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        NoParameterReturn noParameterReturn = () -> {
            System.out.println("无参数有返回值");
            return 40;
        };
        //接收函数的返回值
        int ret = noParameterReturn.action();
        System.out.println(ret);
     }
}

例5（一参数有返回值）：

//有返回值一个参数
@FunctionalInterface
interface OneParameterReturn {
    int action(int a);
}
public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        OneParameterReturn oneParameterReturn = (int a) -> {
            System.out.println("一参数有返回值");
            return a;
        };
        ret = oneParameterReturn.action(50);
        System.out.println(ret);
     }
}

例6（多参数有返回值）：

@FunctionalInterface
interface MoreParameterReturn {
    int action(int a, int b);
}
 
public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MoreParameterReturn moreParameterReturn = (int a, int b) -> {
            System.out.println("多参数有返回值");
            return a + b;
        };
        ret = moreParameterReturn.action(60, 70);
        System.out.println(ret);
     }
}

3.2、Lambda表达式的语法精简

Lambda 表达式的语法精简：

参数类型可以省略，如果需要省略，每个参数的类型都要省略；
参数的小括号里面只有一个参数，那么小括号可以省略；
如果方法体当中只有一句代码，那么大括号可以省略；
如果方法体中只有一条语句，其是 return 语句，那么大括号可以省略，且去掉 return 关键字。

4、变量捕获

Lambda 表达式中存在变量捕获，了解了变量捕获之后，我们才能更好的理解 Lambda 表达式的作用域。Java 当中的匿名类中，会存在变量捕获。

4.1、匿名内部类的变量捕获

所谓变量捕获就是：匿名内部类中访问所在方法或代码块中的局部变量，这个过程被称为 “变量捕获”。

public static void main(String[] args) {
    // 变量捕获
    int a = 100;
    NoParameterNoReturn noParameterNoReturn = new NoParameterNoReturn() {
        @Override
        public void action() {
            // 捕获a变量
            System.out.println(a);   
        }
    };
    noParameterNoReturn.action();
}
结果：100

但是，只有在局部变量是 “有效的最终变量” 时，匿名内部类才能够引用它。如果局部变量不是有效的最终变量，则无法在匿名内部类中引用它，会导致编译错误。

有效的最终变量指的是一个在生命周期中没有被修改过的局部变量，它可以被认为是一个常量。

4.2、Lambda的变量捕获

同样的，Lambda 的变量捕获也是只有在局部变量是 “有效的最终变量” 时，才能够引用它。

public static void main(String[] args) {
    // 变量捕获
    int a = 100;
    NoParameterNoReturn noParameterNoReturn = ()->{
        // 捕获a变量
        System.out.println(a);
    };
    noParameterNoReturn.action();
}
结果：100

4.3、匿名内部类的变量捕获与Lambda的变量捕获的区别

区别：Lambda 表达式可以捕获外面的 this，而匿名内部类无法直接捕获外面的 this。

在 Lambda 表达式中，this 关键字引用的是 Lambda 表达式所在的类的实例，而不是 Lambda 表达式内部的类的实例。这个特性被称为 “闭包”。

匿名内部类中的 this 关键字引用的是匿名内部类的实例，而不是外部类的实例。

public class Student {
    // 外部类的属性
    String name = "Student";
    int age;
 
    NoParameterNoReturn noParameterNoReturn = new NoParameterNoReturn() {
        // 内部类自己的属性
        String name = "hello";
        @Override
        public void action() {
            System.out.println(this.name);
        }
    };
 
    NoParameterNoReturn noParameterNoReturn2 = ()->{
        String name = "hello";
        System.out.println(this.name);
    };
 
    public static void main(String[] args) {
        Student student = new Student();
      	// 结果：hello
        student.noParameterNoReturn.action();
      	// 结果：Student
        student.noParameterNoReturn2.action();
    }
}

如果想让匿名内部类的捕获外面的 this，就需要使用外部类的类名或对象引用来访问。

public class Student {
    // 外部类的属性
    String name = "Student";
    int age;
 
     NoParameterNoReturn noParameterNoReturn = new NoParameterNoReturn() {
        // 内部类自己的属性
        String name = "hello";
        @Override
        public void action() {
            System.out.println(Student.this.name);
        }
    };
}
结果：Student

5、Lambda 在集合当中的使用

为了能够让 Lambda 和 Java 的集合类集更好的一起使用，集合当中，也新增了部分接口，以便与 Lambda 表达式对接。

对应的接口	新增的方法
Collection	`forEach()` `removeIf()` `spliterator()` `stream()` `parallelStream()`
List	`replaceAll()` `sort()`
Map	`getOrDefault()` `forEach()` `replaceAll()` `putIfAbsent()` `remove()` `replace()` `computeIfAbsent()` `computeIfPresent()` `compute()` `merge()`

5.1、Collection接口中的forEach()方法

这个方法是在接口 Iterable 当中的：

    default void forEach(Consumer<? super T> action) {
        Objects.requireNonNull(action);
        for (T t : this) {
            action.accept(t);
        }
    }

这个方法表示用于对集合中的每个元素执行指定的操作。

java复制代码public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Hello");
        list.add("bit");
        list.add("hello");
        list.add("lambda");
        
        // Lambda 遍历 list
        list.forEach((String s)->{
            System.out.println(s);
        });
      
      	// 简化
      	// list.forEach(s -> System.out.println(s));
    }
}
结果：Hello bit hello lambda

5.2、List接口中的sort()方法

List 接口中的 sort() 方法：

    default void sort(Comparator<? super E> c) {
        Object[] a = this.toArray();
        Arrays.sort(a, (Comparator) c);
        ListIterator<E> i = this.listIterator();
        for (Object e : a) {
            i.next();
            i.set((E) e);
        }
    }

该方法根据 c 指定的比较规则对容器元素进行排序。可以看到其参数是 Comparator，我们点进去看下：又是一个函数式接口：

@FunctionalInterface
public interface Comparator<T> {
		...
    int compare(T o1, T o2);
    ...
}

使用示例：

public class TestDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Hello");
        list.add("bit");
        list.add("hello");
        list.add("lambda");

        /*
        对list集合中的字符串按照长度进行排序
         */
        list.sort(new Comparator<String>() {
            @Override
            public int compare(String o1, String o2) {
                return o1.length() - o2.length();
            }
        });

        /*
        输出排序后最终的结果
         */
        list.forEach(s -> System.out.println(s));
    }
}
输出结果为：bit Hello hello lambda

修改为 Lambda 表达式：

public class TestDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Hello");
        list.add("bit");
        list.add("hello");
        list.add("lambda");

        // 对list集合中的字符串按照长度进行排序
        list.sort((o1, o2) -> o1.length() - o2.length());
        list.forEach(s -> System.out.println(s));
    }
}
输出结果为：bit Hello hello lambda

5.3、Map接口的forEach()方法

HashMap 的 forEach() 方法：

    default void forEach(BiConsumer<? super K, ? super V> action) {
        Objects.requireNonNull(action);
        for (Map.Entry<K, V> entry : entrySet()) {
            K k;
            V v;
            try {
                k = entry.getKey();
                v = entry.getValue();
            } catch(IllegalStateException ise) {
                // this usually means the entry is no longer in the map.
                throw new ConcurrentModificationException(ise);
            }
            action.accept(k, v);
        }
    }

可以看到这个方法有一个 BigConsumer，并且这也是一个函数式接口：

@FunctionalInterface
public interface BiConsumer<T, U> {
		...
    void accept(T t, U u);
    ...
}

代码示例：

public class TestDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        HashMap<Integer, String> map = new HashMap<>();
        map.put(1, "hello");
        map.put(2, "bit");
        map.put(3, "hello");
        map.put(4, "lambda");

        map.forEach(new BiConsumer<Integer, String>() {
            @Override
            public void accept(Integer integer, String string) {
                System.out.println(integer + " " + string);
            }
        });

    }
}
输出结果：
1 hello
2 bit
3 hello
4 lambda

修改为 Lambda 表达式：

public class TestDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        HashMap<Integer, String> map = new HashMap<>();
        map.put(1, "hello");
        map.put(2, "bit");
        map.put(3, "hello");
        map.put(4, "lambda");

        map.forEach((integer, string) ->
                System.out.println(integer + " " + string)
        );
    }
}