Java编程中使用lambda表达式的奇技淫巧

前端技术 2023/09/06 Java

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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