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Lambda表达式

函数式编程思想概述

在数学中,函数就是有输入量、输出量的一套计算方案,也就是“拿什么东西做什么事情”。相对而言,面向对象过分强调“必须通过对象的形式来做事情”,而函数式思想则尽量忽略面向对象的复杂语法——强调做什么,而不是以什么形式做

面向对象的思想:

​ 做一件事情,找一个能解决这个事情的对象,调用对象的方法,完成事情.

函数式编程思想:

​ 只要能获取到结果,谁去做的,怎么做的都不重要,重视的是结果,不重视过程

冗余的Runnable代码

传统写法

当需要启动一个线程去完成任务时,通常会通过java.lang.Runnable接口来定义任务内容,并使用java.lang.Thread类来启动该线程。代码如下:

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public class Demo01Runnable {
public static void main(String[] args) {
// 匿名内部类
Runnable task = new Runnable() {
@Override
public void run() { // 覆盖重写抽象方法
System.out.println("多线程任务执行!");
}
};
new Thread(task).start(); // 启动线程
}
}

本着“一切皆对象”的思想,这种做法是无可厚非的:首先创建一个Runnable接口的匿名内部类对象来指定任务内容,再将其交给一个线程来启动。

代码分析

对于Runnable的匿名内部类用法,可以分析出几点内容:

  • Thread类需要Runnable接口作为参数,其中的抽象run方法是用来指定线程任务内容的核心;
  • 为了指定run的方法体,不得不需要Runnable接口的实现类;
  • 为了省去定义一个RunnableImpl实现类的麻烦,不得不使用匿名内部类;
  • 必须覆盖重写抽象run方法,所以方法名称、方法参数、方法返回值不得不再写一遍,且不能写错;
  • 而实际上,似乎只有方法体才是关键所在

编程思想转换

做什么,而不是怎么做

我们真的希望创建一个匿名内部类对象吗?不。我们只是为了做这件事情而不得不创建一个对象。我们真正希望做的事情是:将run方法体内的代码传递给Thread类知晓。

传递一段代码——这才是我们真正的目的。而创建对象只是受限于面向对象语法而不得不采取的一种手段方式。那,有没有更加简单的办法?如果我们将关注点从“怎么做”回归到“做什么”的本质上,就会发现只要能够更好地达到目的,过程与形式其实并不重要。

生活举例

当我们需要从北京到上海时,可以选择高铁、汽车、骑行或是徒步。我们的真正目的是到达上海,而如何才能到达上海的形式并不重要,所以我们一直在探索有没有比高铁更好的方式——搭乘飞机。

而现在这种飞机(甚至是飞船)已经诞生:2014年3月Oracle所发布的Java 8(JDK 1.8)中,加入了Lambda表达式的重量级新特性,为我们打开了新世界的大门。

体验Lambda的更优写法

借助Java 8的全新语法,上述Runnable接口的匿名内部类写法可以通过更简单的Lambda表达式达到等效:

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public class Demo02LambdaRunnable {
public static void main(String[] args) {
new Thread(() -> System.out.println("多线程任务执行!")).start(); // 启动线程
}
}

这段代码和刚才的执行效果是完全一样的,可以在1.8或更高的编译级别下通过。从代码的语义中可以看出:我们启动了一个线程,而线程任务的内容以一种更加简洁的形式被指定。

不再有“不得不创建接口对象”的束缚,不再有“抽象方法覆盖重写”的负担,就是这么简单!

回顾匿名内部类

Lambda是怎样击败面向对象的?在上例中,核心代码其实只是如下所示的内容:

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() -> System.out.println("多线程任务执行!")

为了理解Lambda的语义,我们需要从传统的代码起步。

使用实现类

要启动一个线程,需要创建一个Thread类的对象并调用start方法。而为了指定线程执行的内容,需要调用Thread类的构造方法:

  • public Thread(Runnable target)

为了获取Runnable接口的实现对象,可以为该接口定义一个实现类RunnableImpl

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public class RunnableImpl implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println("多线程任务执行!");
}
}

然后创建该实现类的对象作为Thread类的构造参数:

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public class Demo03ThreadInitParam {
public static void main(String[] args) {
Runnable task = new RunnableImpl();
new Thread(task).start();
}
}

使用匿名内部类

这个RunnableImpl类只是为了实现Runnable接口而存在的,而且仅被使用了唯一一次,所以使用匿名内部类的语法即可省去该类的单独定义,即匿名内部类:

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public class Demo04ThreadNameless {
public static void main(String[] args) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("多线程任务执行!");
}
}).start();
}
}

匿名内部类的好处与弊端

一方面,匿名内部类可以帮我们省去实现类的定义;另一方面,匿名内部类的语法——确实太复杂了!

语义分析

仔细分析该代码中的语义,Runnable接口只有一个run方法的定义:

  • public abstract void run();

即制定了一种做事情的方案(其实就是一个函数):

  • 无参数:不需要任何条件即可执行该方案。
  • 无返回值:该方案不产生任何结果。
  • 代码块(方法体):该方案的具体执行步骤。

同样的语义体现在Lambda语法中,要更加简单:

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() -> System.out.println("多线程任务执行!")
  • 前面的一对小括号即run方法的参数(无),代表不需要任何条件;
  • 中间的一个箭头代表将前面的参数传递给后面的代码;
  • 后面的输出语句即业务逻辑代码。

Lambda标准格式

Lambda省去面向对象的条条框框,格式由3个部分组成:

  • 一些参数
  • 一个箭头
  • 一段代码

Lambda表达式的标准格式为:

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(参数类型 参数名称) -> { 代码语句 }

格式说明:

  • 小括号内的语法与传统方法参数列表一致:无参数则留空;多个参数则用逗号分隔。
  • ->是新引入的语法格式,代表指向动作。
  • 大括号内的语法与传统方法体要求基本一致。

练习:使用Lambda标准格式(无参无返回)

题目

给定一个厨子Cook接口,内含唯一的抽象方法makeFood,且无参数、无返回值。如下:

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public interface Cook {
void makeFood();
}

在下面的代码中,请使用Lambda的标准格式调用invokeCook方法,打印输出“吃饭啦!”字样:

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public class Demo05InvokeCook {
public static void main(String[] args) {
// TODO 请在此使用Lambda【标准格式】调用invokeCook方法
}

private static void invokeCook(Cook cook) {
cook.makeFood();
}
}

解答

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public static void main(String[] args) {
invokeCook(() -> {
System.out.println("吃饭啦!");
});
}

备注:小括号代表Cook接口makeFood抽象方法的参数为空,大括号代表makeFood的方法体。

Lambda的参数和返回值

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需求:
使用数组存储多个Person对象
对数组中的Person对象使用Arrays的sort方法通过年龄进行升序排序

下面举例演示java.util.Comparator<T>接口的使用场景代码,其中的抽象方法定义为:

  • public abstract int compare(T o1, T o2);

当需要对一个对象数组进行排序时,Arrays.sort方法需要一个Comparator接口实例来指定排序的规则。假设有一个Person类,含有String nameint age两个成员变量:

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public class Person { 
private String name;
private int age;

// 省略构造器、toString方法与Getter Setter
}

传统写法

如果使用传统的代码对Person[]数组进行排序,写法如下:

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import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;

public class Demo06Comparator {
public static void main(String[] args) {
// 本来年龄乱序的对象数组
Person[] array = {
new Person("古力娜扎", 19),
new Person("迪丽热巴", 18),
new Person("马尔扎哈", 20) };

// 匿名内部类
Comparator<Person> comp = new Comparator<Person>() {
@Override
public int compare(Person o1, Person o2) {
return o1.getAge() - o2.getAge();
}
};
Arrays.sort(array, comp); // 第二个参数为排序规则,即Comparator接口实例

for (Person person : array) {
System.out.println(person);
}
}
}

这种做法在面向对象的思想中,似乎也是“理所当然”的。其中Comparator接口的实例(使用了匿名内部类)代表了“按照年龄从小到大”的排序规则。

代码分析

下面我们来搞清楚上述代码真正要做什么事情。

  • 为了排序,Arrays.sort方法需要排序规则,即Comparator接口的实例,抽象方法compare是关键;
  • 为了指定compare的方法体,不得不需要Comparator接口的实现类;
  • 为了省去定义一个ComparatorImpl实现类的麻烦,不得不使用匿名内部类;
  • 必须覆盖重写抽象compare方法,所以方法名称、方法参数、方法返回值不得不再写一遍,且不能写错;
  • 实际上,只有参数和方法体才是关键

Lambda写法

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import java.util.Arrays;

public class Demo07ComparatorLambda {
public static void main(String[] args) {
Person[] array = {
new Person("古力娜扎", 19),
new Person("迪丽热巴", 18),
new Person("马尔扎哈", 20) };

Arrays.sort(array, (Person a, Person b) -> {
return a.getAge() - b.getAge();
});

for (Person person : array) {
System.out.println(person);
}
}
}

练习:使用Lambda标准格式(有参有返回)

题目

给定一个计算器Calculator接口,内含抽象方法calc可以将两个int数字相加得到和值:

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public interface Calculator {
int calc(int a, int b);
}

在下面的代码中,请使用Lambda的标准格式调用invokeCalc方法,完成120和130的相加计算:

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public class Demo08InvokeCalc {
public static void main(String[] args) {
// TODO 请在此使用Lambda【标准格式】调用invokeCalc方法来计算120+130的结果ß
}

private static void invokeCalc(int a, int b, Calculator calculator) {
int result = calculator.calc(a, b);
System.out.println("结果是:" + result);
}
}

解答

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public static void main(String[] args) {
invokeCalc(120, 130, (int a, int b) -> {
return a + b;
});
}

备注:小括号代表Calculator接口calc抽象方法的参数,大括号代表calc的方法体。

Lambda省略格式

可推导即可省略

Lambda强调的是“做什么”而不是“怎么做”,所以凡是可以根据上下文推导得知的信息,都可以省略。例如上例还可以使用Lambda的省略写法:

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public static void main(String[] args) {
invokeCalc(120, 130, (a, b) -> a + b);
}

省略规则

在Lambda标准格式的基础上,使用省略写法的规则为:

  1. 小括号内参数的类型可以省略;
  2. 如果小括号内有且仅有一个参,则小括号可以省略;
  3. 如果大括号内有且仅有一个语句,则无论是否有返回值,都可以省略大括号、return关键字及语句分号。

备注:掌握这些省略规则后,请对应地回顾本章开头的多线程案例。

练习:使用Lambda省略格式

题目

仍然使用前文含有唯一makeFood抽象方法的厨子Cook接口,在下面的代码中,请使用Lambda的省略格式调用invokeCook方法,打印输出“吃饭啦!”字样:

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public class Demo09InvokeCook {
public static void main(String[] args) {
// TODO 请在此使用Lambda【省略格式】调用invokeCook方法
}

private static void invokeCook(Cook cook) {
cook.makeFood();
}
}

解答

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public static void main(String[] args) {
invokeCook(() -> System.out.println("吃饭啦!"));
}

Lambda的使用前提

Lambda的语法非常简洁,完全没有面向对象复杂的束缚。但是使用时有几个问题需要特别注意:

  1. 使用Lambda必须具有接口,且要求接口中有且仅有一个抽象方法
    无论是JDK内置的RunnableComparator接口还是自定义的接口,只有当接口中的抽象方法存在且唯一时,才可以使用Lambda。
  2. 使用Lambda必须具有上下文推断
    也就是方法的参数或局部变量类型必须为Lambda对应的接口类型,才能使用Lambda作为该接口的实例。

备注:有且仅有一个抽象方法的接口,称为“函数式接口”。