Java8中的 Lambda表达式教程

 1. 什么是λ表达式

λ表达式本质上是一个匿名方法。让我们来看下面这个例子：

 public int add(int x, int y) {
  return x + y;
 }

转成λ表达式后是这个样子：  

 (int x, int y) -> x + y;

参数类型也可以省略，java编译器会根据上下文推断出来：

 (x, y) -> x + y; //返回两数之和

或者

 (x, y) -> { return x + y; } //显式指明返回值

可见λ表达式有三部分组成：参数列表，箭头（->），以及一个表达式或语句块。

下面这个例子里的λ表达式没有参数，也没有返回值（相当于一个方法接受0个参数，返回void，其实就是runnable里run方法的一个实现）：

 () -> { system.out.println("hello lambda!"); }

如果只有一个参数且可以被java推断出类型，那么参数列表的括号也可以省略：

 c -> { return c.size(); }

2. λ表达式的类型（它是object吗？）

λ表达式可以被当做是一个object（注意措辞）。λ表达式的类型，叫做“目标类型（target type）”。λ表达式的目标类型是“函数接口（functional interface）”，这是java8新引入的概念。它的定义是：一个接口，如果只有一个显式声明的抽象方法，那么它就是一个函数接口。一般用@functionalinterface标注出来（也可以不标）。举例如下：

 @functionalinterface
 public interface runnable { void run(); }
 public interface callable<v> { v call() throws exception; }
 public interface actionlistener { void actionperformed(actionevent e); }
 public interface comparator<t> { int compare(t o1, t o2); boolean equals(object obj); }

注意最后这个comparator接口。它里面声明了两个方法，貌似不符合函数接口的定义，但它的确是函数接口。这是因为equals方法是object的，所有的接口都会声明object的public方法——虽然大多是隐式的。所以，comparator显式的声明了equals不影响它依然是个函数接口。

你可以用一个λ表达式为一个函数接口赋值：

 runnable r1 = () -> {system.out.println("hello lambda!");}; 

然后再赋值给一个object： 

 object obj = r1; 

但却不能这样干：

 object obj = () -> {system.out.println("hello lambda!");}; // error! object is not a functional interface!

必须显式的转型成一个函数接口才可以：

 object o = (runnable) () -> { system.out.println("hi"); }; // correct 

一个λ表达式只有在转型成一个函数接口后才能被当做object使用。所以下面这句也不能编译：

system.out.println( () -> {} ); //错误! 目标类型不明 

必须先转型:

 system.out.println( (runnable)() -> {} ); // 正确

假设你自己写了一个函数接口，长的跟runnable一模一样：

@functionalinterface
 public interface myrunnable {
  public void run();
 }

    那么 

runnable r1 = () -> {system.out.println("hello lambda!");};
 myrunnable2 r2 = () -> {system.out.println("hello lambda!");};

都是正确的写法。这说明一个λ表达式可以有多个目标类型（函数接口），只要函数匹配成功即可。
但需注意一个λ表达式必须至少有一个目标类型。

jdk预定义了很多函数接口以避免用户重复定义。最典型的是function：

 @functionalinterface
 public interface function<t, r> { 
  r apply(t t);
 }

这个接口代表一个函数，接受一个t类型的参数，并返回一个r类型的返回值。  

另一个预定义函数接口叫做consumer，跟function的唯一不同是它没有返回值。

 @functionalinterface
 public interface consumer<t> {
  void accept(t t);
 }

还有一个predicate，用来判断某项条件是否满足。经常用来进行筛滤操作：

@functionalinterface
 public interface predicate<t> {
  boolean test(t t);
 }

       综上所述，一个λ表达式其实就是定义了一个匿名方法，只不过这个方法必须符合至少一个函数接口。      

3. λ表达式的使用

3.1 λ表达式用在何处

λ表达式主要用于替换以前广泛使用的内部匿名类，各种回调，比如事件响应器、传入thread类的runnable等。看下面的例子：

 thread oldschool = new thread( new runnable () {
  @override
  public void run() {
   system.out.println("this is from an anonymous class.");
  }
 } );
 thread gaoduandaqishangdangci = new thread( () -> {
  system.out.println("this is from an anonymous method (lambda exp).");
 } );

注意第二个线程里的λ表达式，你并不需要显式地把它转成一个runnable，因为java能根据上下文自动推断出来：一个thread的构造函数接受一个runnable参数，而传入的λ表达式正好符合其run()函数，所以java编译器推断它为runnable。

从形式上看，λ表达式只是为你节省了几行代码。但将λ表达式引入java的动机并不仅仅为此。java8有一个短期目标和一个长期目标。短期目标是：配合“集合类批处理操作”的内部迭代和并行处理（下面将要讲到）；长期目标是将java向函数式编程语言这个方向引导（并不是要完全变成一门函数式编程语言，只是让它有更多的函数式编程语言的特性），也正是由于这个原因，oracle并没有简单地使用内部类去实现λ表达式，而是使用了一种更动态、更灵活、易于将来扩展和改变的策略（invokedynamic）。

3.2 λ表达式与集合类批处理操作（或者叫块操作）

上文提到了集合类的批处理操作。这是java8的另一个重要特性，它与λ表达式的配合使用乃是java8的最主要特性。集合类的批处理操作api的目的是实现集合类的“内部迭代”，并期望充分利用现代多核cpu进行并行计算。

java8之前集合类的迭代（iteration）都是外部的，即客户代码。而内部迭代意味着改由java类库来进行迭代，而不是客户代码。例如：

 for(object o: list) { // 外部迭代
  system.out.println(o);
 }

可以写成：

list.foreach(o -> {system.out.println(o);}); //foreach函数实现内部迭代

集合类（包括list）现在都有一个foreach方法，对元素进行迭代（遍历），所以我们不需要再写for循环了。foreach方法接受一个函数接口consumer做参数，所以可以使用λ表达式。

这种内部迭代方法广泛存在于各种语言，如c++的stl算法库、python、ruby、scala等。

java8为集合类引入了另一个重要概念：流（stream）。一个流通常以一个集合类实例为其数据源，然后在其上定义各种操作。流的api设计使用了管道（pipelines）模式。对流的一次操作会返回另一个流。如同io的api或者stringbuffer的append方法那样，从而多个不同的操作可以在一个语句里串起来。看下面的例子：

 list<shape> shapes = ...
 shapes.stream()
  .filter(s -> s.getcolor() == blue)
  .foreach(s -> s.setcolor(red));

首先调用stream方法，以集合类对象shapes里面的元素为数据源，生成一个流。然后在这个流上调用filter方法，挑出蓝色的，返回另一个流。最后调用foreach方法将这些蓝色的物体喷成红色。（foreach方法不再返回流，而是一个终端方法，类似于stringbuffer在调用若干append之后的那个tostring）

filter方法的参数是predicate类型，foreach方法的参数是consumer类型，它们都是函数接口，所以可以使用λ表达式。

还有一个方法叫parallelstream()，顾名思义它和stream()一样，只不过指明要并行处理，以期充分利用现代cpu的多核特性。  

 shapes.parallelstream(); // 或shapes.stream().parallel()

来看更多的例子。下面是典型的大数据处理方法，filter-map-reduce： 

//给出一个string类型的数组，找出其中所有不重复的素数
 public void distinctprimary(string... numbers) {
  list<string> l = arrays.aslist(numbers);
  list<integer> r = l.stream()
    .map(e -> new integer(e))
    .filter(e -> primes.isprime(e))
    .distinct()
    .collect(collectors.tolist());
  system.out.println("distinctprimary result is: " + r);
 }

第一步：传入一系列string（假设都是合法的数字），转成一个list，然后调用stream()方法生成流。

第二步：调用流的map方法把每个元素由string转成integer，得到一个新的流。map方法接受一个function类型的参数，上面介绍了，function是个函数接口，所以这里用λ表达式。

第三步：调用流的filter方法，过滤那些不是素数的数字，并得到一个新流。filter方法接受一个predicate类型的参数，上面介绍了，predicate是个函数接口，所以这里用λ表达式。

第四步：调用流的distinct方法，去掉重复，并得到一个新流。这本质上是另一个filter操作。

第五步：用collect方法将最终结果收集到一个list里面去。collect方法接受一个collector类型的参数，这个参数指明如何收集最终结果。在这个例子中，结果简单地收集到一个list中。我们也可以用collectors.tomap(e->e, e->e)把结果收集到一个map中，它的意思是：把结果收到一个map，用这些素数自身既作为键又作为值。tomap方法接受两个function类型的参数，分别用以生成键和值，function是个函数接口，所以这里都用λ表达式。

你可能会觉得在这个例子里，list l被迭代了好多次，map，filter，distinct都分别是一次循环，效率会不好。实际并非如此。这些返回另一个stream的方法都是“懒（lazy）”的，而最后返回最终结果的collect方法则是“急（eager）”的。在遇到eager方法之前，lazy的方法不会执行。

当遇到eager方法时，前面的lazy方法才会被依次执行。而且是管道贯通式执行。这意味着每一个元素依次通过这些管道。例如有个元素“3”，首先它被map成整数型3；然后通过filter，发现是素数，被保留下来；又通过distinct，如果已经有一个3了，那么就直接丢弃，如果还没有则保留。这样，3个操作其实只经过了一次循环。

除collect外其它的eager操作还有foreach，toarray，reduce等。

下面来看一下也许是最常用的收集器方法，groupingby：

 //给出一个string类型的数组，找出其中各个素数，并统计其出现次数
 public void primaryoccurrence(string... numbers) {
  list<string> l = arrays.aslist(numbers);
  map<integer, integer> r = l.stream()
   .map(e -> new integer(e))
   .filter(e -> primes.isprime(e))
   .collect( collectors.groupingby(p->p, collectors.summingint(p->1)) );
  system.out.println("primaryoccurrence result is: " + r);
 }

注意这一行：

 collectors.groupingby(p->p, collectors.summingint(p->1))

它的意思是：把结果收集到一个map中，用统计到的各个素数自身作为键，其出现次数作为值。

下面是一个reduce的例子：

 //给出一个string类型的数组，求其中所有不重复素数的和
 public void distinctprimarysum(string... numbers) {
  list<string> l = arrays.aslist(numbers);
  int sum = l.stream()
   .map(e -> new integer(e))
   .filter(e -> primes.isprime(e))
   .distinct()
   .reduce(0, (x,y) -> x+y); // equivalent to .sum()
  system.out.println("distinctprimarysum result is: " + sum);
 }

reduce方法用来产生单一的一个最终结果。

流有很多预定义的reduce操作，如sum()，max()，min()等。

再举个现实世界里的栗子比如：

 // 统计年龄在25-35岁的男女人数、比例
 public void boysandgirls(list<person> persons) {
  map<integer, integer> result = persons.parallelstream().filter(p -> p.getage()>=25 && p.getage()<=35).
   collect(
    collectors.groupingby(p->p.getsex(), collectors.summingint(p->1))
  );
  system.out.print("boysandgirls result is " + result);
  system.out.println(", ratio (male : female) is " + (float)result.get(person.male)/result.get(person.female));
 }

3.3 λ表达式的更多用法

 // 嵌套的λ表达式
 callable<runnable> c1 = () -> () -> { system.out.println("nested lambda"); };
 c1.call().run();
 // 用在条件表达式中
 callable<integer> c2 = true ? (() -> 42) : (() -> 24);
 system.out.println(c2.call());
 // 定义一个递归函数，注意须用this限定
 protected unaryoperator<integer> factorial = i -> i == 0 ? 1 : i * this.factorial.apply( i - 1 );
 ...
 system.out.println(factorial.apply(3));

在java中，随声明随调用的方式是不行的，比如下面这样，声明了一个λ表达式(x, y) -> x + y，同时企图通过传入实参(2, 3)来调用它：

 int five = ( (x, y) -> x + y ) (2, 3); // error! try to call a lambda in-place

这在c++中是可以的，但java中不行。java的λ表达式只能用作赋值、传参、返回值等。

4. 其它相关概念

4.1 捕获（capture）

捕获的概念在于解决在λ表达式中我们可以使用哪些外部变量（即除了它自己的参数和内部定义的本地变量）的问题。

答案是：与内部类非常相似，但有不同点。不同点在于内部类总是持有一个其外部类对象的引用。而λ表达式呢，除非在它内部用到了其外部类（包围类）对象的方法或者成员，否则它就不持有这个对象的引用。

在java8以前，如果要在内部类访问外部对象的一个本地变量，那么这个变量必须声明为final才行。在java8中，这种限制被去掉了，代之以一个新的概念，“effectively final”。它的意思是你可以声明为final，也可以不声明final但是按照final来用，也就是一次赋值永不改变。换句话说，保证它加上final前缀后不会出编译错误。

在java8中，内部类和λ表达式都可以访问effectively final的本地变量。λ表达式的例子如下：

 ... 
 int tmp1 = 1; //包围类的成员变量
 static int tmp2 = 2; //包围类的静态成员变量
 public void testcapture() {
  int tmp3 = 3; //没有声明为final，但是effectively final的本地变量
  final int tmp4 = 4; //声明为final的本地变量
  int tmp5 = 5; //普通本地变量
  function<integer, integer> f1 = i -> i + tmp1;
  function<integer, integer> f2 = i -> i + tmp2;
  function<integer, integer> f3 = i -> i + tmp3;
  function<integer, integer> f4 = i -> i + tmp4;
  function<integer, integer> f5 = i -> {
   tmp5 += i; // 编译错！对tmp5赋值导致它不是effectively final的
   return tmp5;
  };
  ...
  tmp5 = 9; // 编译错！对tmp5赋值导致它不是effectively final的
 }
 ...

java要求本地变量final或者effectively final的原因是多线程并发问题。内部类、λ表达式都有可能在不同的线程中执行，允许多个线程同时修改一个本地变量不符合java的设计理念。

4.2 方法引用（method reference）

任何一个λ表达式都可以代表某个函数接口的唯一方法的匿名描述符。我们也可以使用某个类的某个具体方法来代表这个描述符，叫做方法引用。例如：

 integer::parseint //静态方法引用
 system.out::print //实例方法引用
 person::new  //构造器引用

下面是一组例子，教你使用方法引用代替λ表达式：

//c1 与 c2 是一样的（静态方法引用）
 comparator<integer> c2 = (x, y) -> integer.compare(x, y);
 comparator<integer> c1 = integer::compare;
 //下面两句是一样的（实例方法引用1）
 persons.foreach(e -> system.out.println(e));
 persons.foreach(system.out::println);
 //下面两句是一样的（实例方法引用2）
 persons.foreach(person -> person.eat());
 persons.foreach(person::eat);
 //下面两句是一样的（构造器引用）
 strlist.stream().map(s -> new integer(s));
 strlist.stream().map(integer::new);

   使用方法引用，你的程序会变得更短些。现在distinctprimarysum方法可以改写如下：  

public void distinctprimarysum(string... numbers) {
  list<string> l = arrays.aslist(numbers);
  int sum = l.stream().map(integer::new).filter(primes::isprime).distinct().sum();
  system.out.println("distinctprimarysum result is: " + sum);
 } 

还有一些其它的方法引用:

 super::tostring //引用某个对象的父类方法
 string[]::new //引用一个数组的构造器

4.3 默认方法（default method）

java8中，接口声明里可以有方法实现了，叫做默认方法。在此之前，接口里的方法全部是抽象方法。

 public interface myinterf {
   string m1();
  default string m2() {
   return "hello default method!";
  }
 } 

 这实际上混淆了接口和抽象类，但一个类仍然可以实现多个接口，而只能继承一个抽象类。

这么做的原因是：由于collection库需要为批处理操作添加新的方法，如foreach()，stream()等，但是不能修改现有的collection接口——如果那样做的话所有的实现类都要进行修改，包括很多客户自制的实现类。所以只好使用这种妥协的办法。

如此一来，我们就面临一种类似多继承的问题。如果类sub继承了两个接口，base1和base2，而这两个接口恰好具有完全相同的两个默认方法，那么就会产生冲突。这时sub类就必须通过重载来显式指明自己要使用哪一个接口的实现（或者提供自己的实现）： 

public class sub implements base1, base2 {
  public void hello() {
   base1.super.hello(); //使用base1的实现
  }
 }

除了默认方法，java8的接口也可以有静态方法的实现：      

 public interface myinterf {
  string m1();
  default string m2() {
   return "hello default method!";
  }
  static string m3() {
   return "hello static method in interface!";
  }
 }

4.4 生成器函数（generator function）

有时候一个流的数据源不一定是一个已存在的集合对象，也可能是个“生成器函数”。一个生成器函数会产生一系列元素，供给一个流。stream.generate(supplier<t> s)就是一个生成器函数。其中参数supplier是一个函数接口，里面有唯一的抽象方法 <t> get()。

下面这个例子生成并打印5个随机数：

 stream.generate(math::random).limit(5).foreach(system.out::println);

注意这个limit(5)，如果没有这个调用，那么这条语句会永远地执行下去。也就是说这个生成器是无穷的。这种调用叫做终结操作，或者短路（short-circuiting）操作。

参考资料：

http://docs.oracle.com/javase/tutorial/java/javaoo/lambdaexpressions.html

以上所述是小编给大家介绍的java8中的 lambda表达式教程，希望对大家有所帮助