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Java编程中使用lambda表达式的奇技淫巧

程序员文章站 2023-12-22 20:43:16
...
为什么使用Lambda表达式
先看几个例子:

第一个例子,在一个独立的线程中执行某项任务,我们通常这么实现:

class Worker implements Runnable {
  public void run() {
    for (int i = 0; i < 100; i++)
      doWork();
  }
  ...
}
 
Worker w = new Worker();
new Thread(w).start();

第二个例子,自定义字符串比较的方法(通过字符串长度),一般这么做:

class LengthComparator implements Comparator<String> {
  public int compare(String first, String second) {
    return Integer.compare(first.length(), second.length());
  }
}
Arrays.sort(strings, new LengthComparator());

第三个例子,在JavaFX中,给一个button添加一个callback:

button.setOnAction(new EventHandler<ActionEvent>() {
  public void handle(ActionEvent event) {
    System.out.println("Thanks for clicking!");
  }
});

这些例子有一个共同点,就是:先定义一段代码块,传给某个对象或方法,然后被执行。在Lambda表
达式之前,Java是不允许直接传递代码块的,因为Java是面向对象的,因此必须传递一个对象,将要
执行的代码块封装到对象里。

Lambda表达式的语法
将上面第二个例子中的LengthComparator,用Lambda表达式表示为:

(String first, String second) -> Integer.compare(first.length(),
  second.length());

->前为参数列表,其后为表达式语句体;

如果表达式语句体不止一行,则将语句体写在{}中,与普通的函数一样:

(String first, String second) -> {
  if (first.length() > second.length()) {
    return 1;
  } else if (first.length() == second.length()) {
    return 0;
  } else {
    return -1;
  }
};

如果没有参数,()还是需要带上,比如上面的第一个例子,可以表示为:

() -> {
  for (int i = 0; i < 1000; i ++) {
    doWork();
  }
}

如果参数的类型可以从上下文自动推断,则可以省略:

Comparator<String> comp
  = (first, second) // Same as (String first, String second)
  -> Integer.compare(first.length(), second.length());

如果参数只有一个,且类型可以自动推断,则小括号()也可以省略:

// Instead of (event) -> or (ActionEvent event) ->
eventHandler<ActionEvent> listener =
  event -> System.out.println("Thanks for clicking!");

lambda表达式的返回值的类型是自动推断的,因此不需要指明;在lambda表达式,某些条件分支中有
返回值,而其它分支没有返回值,是不允许的,如:

(x) -> {
  if (x >= 0) {
    return 1;
  }
}

另外,expression lambda和statement lambda的区别是,expression lambda不需要
写return关键字,Java runtime会将表达式的结果作为返回值返回,而statement lambda是
写在{}中的表达式,需要使用return关键字,比如:

// expression lambda
Comparator<String> comp1 =
  (first, second) -> Integer.compare(first.length(), second.length());
 
// statement lambda
Comparator<String> comp2 = (first, second) ->
  { return Integer.compare(first.length(), second.length());};

Functional Interface
如果一个接口(interface)仅有一个抽象方法(abstract method),就称为
Functional Interface,比如Runnable、Comparator等。
在任何一个需要Functional Interface对象的地方,都可以使用lambda表达式:

Arrays.sort(words,
  (first, second) -> Integer.compare(first.length(), second.length()));

这里,sort()的第二个参数需要的是一个Comparator对象,而Comparator是
Functional Interface,因此可以直接传入lambda表达式,在调用该对象的compare()方法
时,就是执行该lambda表达式中的语句体;

如果lambda表达式的语句体会抛出异常,则对应的Functional Interface中的抽象方法必须抛
出了该异常,否则就需要在lambda表达式中显式捕获异常:

Runnable r = () -> {
  System.out.println("------");
  try {
    Thread.sleep(10);
  } catch (InterruptedException e) {
    // catch exception
  }
};
 
Callable<String> c = () -> {
  System.out.println("--------");
  Thread.sleep(10);
  return "";
};

Method Reference
如果将lambda表达式的参数作为参数传递给一个方法,他们的执行效果是相同的,则该lambda表达式
可以使用Method Reference表达,以下两种方式是等价的:

(x) -> System.out.println(x)
System.out::println

其中System.out::println被称为Method Reference。

Method Reference主要有三种形式:

object::instanceMethod

Class::staticMethod

Class::instanceMethod

对于前两种方式,对应的lambda表达式的参数和method的参数是一致的,比如:

System.out::println
(x) -> System.out.println(x)
 
Math::pow
(x, y) -> Math.pow(x, y)

对于第三种方式,对应的lambda表达式的语句体中,第一个参数作为对象,调用method,将其它参数
作为method的参数,比如:

String::compareToIgnoreCase
(s1, s2) -> s1.compareToIgnoreCase(s2)
1.5 Constructor Reference

Constructor Reference与Method Reference类似,只不过是特殊的method:new,具体调用的是哪个构造函数,由上下文环境决定,比如:

List<String> labels = ...;
Stream<Button> stream = labels.stream().map(Button::new);

Button::new等价于(x) -> Button(x),所以调用的构造函数是:Button(x);

除了创建单个对象,也可以创建对象数组,如下面两种方式等价:

int[]::new
(x) -> new int[x]

变量作用域
lambd表达式会捕获当前作用域下可用的变量,比如:

public void repeatMessage(String text, int count) {
  Runnable r = () -> {
    for (int i = 0; i < count; i ++) {
      System.out.println(text);
      Thread.yield();
    }
  };
  new Thread(r).start();
}

但是这些变量必须是不可变的,为什么呢?看下面这个例子:

int matches = 0;
for (Path p : files)
  new Thread(() -> { if (p has some property) matches++; }).start();
  // Illegal to mutate matches

因为可变的变量在lambda表达式中不是线程安全的,这和内部类的要求是一致的,内部类中只能引用
外部定义的final变量;

lambda表达式的作用域与嵌套代码块的作用域是一样的,所以在lambd表达式中的参数名或变量名不
能与局部变量冲突,如:

Path first = Paths.get("/usr/bin");
Comparator<String> comp = (first, second) -> Integer.compare(first.length(),
   second.length()); // Error: Variable first already defined

如果在lambda表达式中引用this变量,则引用的是创建该lambda表达式的方法的this变量,如:

public class Application() {
  public void doWork() {
    Runnable runner = () -> {
      ...;
      System.out.println(this.toString());
      ...
    };
  }
}

所以这里的this.toString()调用的是Application对象的toString(),而不是Runnable
对象的。

Default Method
接口中只能有抽象方法,如果在已有的接口中新增一个方法,则该接口所有的实现类都需要实现该方法。
Java 8中引入了Default Method的概念,在接口中新增一个default方法,不会破坏已有的接
口规则,接口的实现类可以选择重写或直接继承该default方法,比如:

interface Person {
  long getId();
  default String getName() { return "John Q. Public"; }
}

Java是允许多继承的,如果一个类的父类中定义的方法和接口中定义的default方法完全相同,或者
一个类的两个接口中定义了完全相同的方法, 则如何处理这种冲突呢?处理规则如下:

如果是父类和接口的方法冲突:以父类中的方法为准,接口中的方法被忽略;
如果两个接口中的default方法冲突,则需要重写该方法解决冲突;

Static Method
Java 8之前,接口中只能定义static变量,Java 8开始,接口中可以添加static方法,比如
Comparator接口新增了一系列comparingXXX的static方法,比如:

public static <T> Comparator<T> comparingInt(ToIntFunction<? super T>
  keyExtractor) {
  Objects.requireNonNull(keyExtractor);
  return (Comparator<T> & Serializable)
   (c1, c2) -> Integer.compare(keyExtractor.applyAsInt(c1),
       keyExtractor.applyAsInt(c2));
}

使用这个static方法,以下两种方式也是等价的:

1、

Arrays.sort(cities, (first, second) -> Integer.compare(first.length(),
  second.length()));

2、

Arrays.sort(cities, Comparator.comparingInt(String::length));

所以,以后我们在设计自己的接口时,不需要再定义单独的工具类(如Collections/Collection),
在接口中使用static方法就行了。

匿名内部类

在 Java 世界中,匿名内部类 可以实现在应用程序中可能只执行一次的操作。例如,在 Android 应用程序中,一个按钮的点击事件处理。你不需要为了处理一个点击事件单独编写一个独立的类,可以用匿名内部类完成该操作:

Button button = (Button) findViewById(R.id.button1);
button.setOnClickListener(new OnClickListener() {
  
  @Override
  public void onClick(View view) {
    Toast.makeText(MainActivity.this, "Button Clicked", Toast.LENGTH_SHORT).show();
  }
  
});

Lambda 示例

1.Runnable Lambda

来看几个示例, 下面是一个 Runnable 的示例:

public void runnableTest() {
    System.out.println("=== RunnableTest ===");
    // 一个匿名的 Runnable
    Runnable r1 = new Runnable() {
      @Override
      public void run() {
        System.out.println("Hello world one!");
      }
    };
    // Lambda Runnable
    Runnable r2 = () -> System.out.println("Hello world two!");
    // 执行两个 run 函数
    r1.run();
    r2.run();
  }
public void runnableTest() {
  System.out.println("=== RunnableTest ===");
  // 一个匿名的 Runnable
  Runnable r1 = new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
      System.out.println("Hello world one!");
    }
  };
 
  // Lambda Runnable
  Runnable r2 = () -> System.out.println("Hello world two!");
 
  // 执行两个 run 函数
  r1.run();
  r2.run();
}

这两个实现方式都没有参数也没有返回值。Runnable lambda 表达式使用代码块的方式把五行代码简化为一个语句。
2.Comparator Lambda

在 Java 中,Comparator 接口用来排序集合。在下面的示例中一个 ArrayList 中包含了一些 Person 对象, 并依据 Person 对象的 surName 来排序。下面是 Person 类中包含的 fields:

public class Person {
  private String givenName;
  private String surName;
  private int age;
  private Gender gender;
  private String eMail;
  private String phone;
  private String address;
}
public class Person {
  private String givenName;
  private String surName;
  private int age;
  private Gender gender;
  private String eMail;
  private String phone;
  private String address;
}

下面是分别用匿名内部类和 Lambda 表达式实现 Comparator 接口的方式:

 
public class ComparatorTest {
  public static void main(String[] args) {
    List<Person> personList = Person.createShortList();
    // 使用内部类实现排序
    Collections.sort(personList, new Comparator<Person>() {
      public int compare(Person p1, Person p2) {
        return p1.getSurName().compareTo(p2.getSurName());
      }
    });
    System.out.println("=== Sorted Asc SurName ===");
    for (Person p : personList) {
      p.printName();
    }
    // 使用 Lambda 表达式实现
    // 升序排列
    System.out.println("=== Sorted Asc SurName ===");
    Collections.sort(personList, (Person p1, Person p2) -> p1.getSurName().compareTo(p2.getSurName()));
    for (Person p : personList) {
      p.printName();
    }
    // 降序排列
    System.out.println("=== Sorted Desc SurName ===");
    Collections.sort(personList, (p1, p2) -> p2.getSurName().compareTo(p1.getSurName()));
    for (Person p : personList) {
      p.printName();
    }
  }
}
public class ComparatorTest {
  public static void main(String[] args) {
    List<Person> personList = Person.createShortList();
  
    // 使用内部类实现排序
    Collections.sort(personList, new Comparator<Person>() {
      public int compare(Person p1, Person p2) {
        return p1.getSurName().compareTo(p2.getSurName());
      }
    });
  
    System.out.println("=== Sorted Asc SurName ===");
    for (Person p : personList) {
      p.printName();
    }
  
    // 使用 Lambda 表达式实现
  
    // 升序排列
    System.out.println("=== Sorted Asc SurName ===");
    Collections.sort(personList, (Person p1, Person p2) -> p1.getSurName().compareTo(p2.getSurName()));
    for (Person p : personList) {
      p.printName();
    }
  
    // 降序排列
    System.out.println("=== Sorted Desc SurName ===");
    Collections.sort(personList, (p1, p2) -> p2.getSurName().compareTo(p1.getSurName()));
    for (Person p : personList) {
      p.printName();
    }
  }
}

可以看到 匿名内部类可以通过 Lambda 表达式实现。注意 第一个 Lambda 表达式定义了参数的类型为 Person;而第二个 Lambda 表达式省略了该类型定义。Lambda 表达式支持类型推倒,如果通过上下文可以推倒出所需要的类型,则可以省略类型定义。这里由于 我们把 Lambda 表达式用在一个使用泛型定义的 Comparator 地方,编译器可以推倒出这两个参数类型为 Person 。

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