Java8中Lambda表达式的理解和运用

目录：

一、简介

二、函数接口

三、Lambda表达式

四、目标类型

五、流

六、function包

七、对并发的影响

正文

一、简介

1、java中lambda的由来

开发类库的程序员使用java时，发现抽象级别还不够，尤其是面对大型数据集合时，java还欠缺高效的并行操作。为了编写这类处理批量数据的并行类库，就需要在为java增加lambda表达式。

再如，当我们定义一个线程类时，可以将该类实现Runnable接口（该接口只有一个方法run()），并实现run方法即可。但大多数情况下我们可能并不这么做，因为该线程可能只会被使用一次，此时我们一般会使用匿名内部类将线程的行为进行内联，代码举例如下：

但是匿名内部类存在缺陷：

1. 语法过于冗余
2. 匿名内部类中的this和变量名容易使人产生误解
3. 无法捕获非final的局部变量

等等，由于上述缺陷，需要借助函数式编程得以解决。

二、函数式接口

我们对面向对象编程并不陌生，面向对象编程是对数据进行抽象，而函数式编程是对行为进行抽象。现实世界中，数据和行为是并存的。

那么什么是函数式编程呢？其核心思想是：在思考问题时，使用不可变值和函数，函数对一个值进行处理，映射成另一个值。

函数式接口定义：把只有一个抽象方法的接口称为函数式接口，可用做lambda表达式的类型。java中的函数式接口如Runnable、Comparator、Callable等。

如何自定义一个函数式接口？其实我们并需要额外的工作来声明一个接口是函数式接口，编译器会根据接口的结构自行判断，当然并非简单对接口中的方法进行计数。另外，java api提供了@FunctionalInterface注解来显示声明一个接口为函数式接口，加上该注解后，编译器就会验证该接口是否满足函数式接口的要求。

java8中增加了一个新的package：java.util.function，里面包含了常用的函数式接口。

三、Lambda表达式

lambda表达式又被称为闭包或匿名方法。

下面对lambda进行一些简单举例：

1. (int x, int y) -> x + y    表示：接收整形参数x和y，并返回他们的和
2. () -> 66                        表示：没有参数传入，直接返回数字66
3. (String s) -> { System.out.println(s); }    表示：接收一个字符串型的参数，并将它输出到控制台，不返回值

由此可见，lambda表达式由参数列表、箭头符号(->)和函数体组成，其中函数体既可以是一个表达式，也可以是一个语句块。表达式函数体适用于小型lambda表达式，它省略了return关键字，使语法更简洁。

在使用lambda表达式时，可以显示声明参数的类型，如：(int x, int y) -> x + y，其实也可以省略参数类型，让编译器自己去推导出来，如：(x, y) -> x + y。

四、目标类型

1、目标类型

编译器负责推导lambda表达式的类型，它利用lambda表达式所在上下文所期待的类型进行推导，这个被期待的类型就是目标类型。lambda只能出现在目标类型为函数接口的上下文中。

lambda表达式对目标类型也是有要求的，当下面所有条件都成立时，lambda表达式才会赋给目标类型T。

• T是一个函数式接口
• lambda表达式的参数和T的方法参数在数量和类型上一一对应
• lambda表达式的返回值和T的方法返回值相兼容
• lambda表达式内所抛出的异常和T方法的throws类型相兼容

2、目标类型的上下文包括：

• 变量声明：Callable<Integer> callable;
• 赋值       :  callable = () -> "hello";
• 返回语句 : public Runnable runner() { return () -> { System.out.println("hello"); }; }
• 数组初始化器 : FileFilter[] fileFilters = new FileFilter[] { f -> f.exists(), f -> f.canRead(), f -> f.getName().startsWith("q") };
• 方法或构造方法的参数 :
  方法或构造方法参数对目标类型的确认会涉及到其它两个语言特性：重载解析和参数类型推导。如果lambda具有显示类型（参数类型被显示指定），编译器就可以直接使用lambda表达式的返回类型；如果lambda表达式具有隐式类型（参数类型被推导而知），重载解析则会忽略lambda表达式函数体而只依赖lambda表达式参数的数量。如果在解析方法声明时存在二义性，我们就需要利用转型或显示提供lambda表达式类型。举例：
  
• lambda表达式函数体  : Supplier<Runnable> supplier = () -> () -> { System.out.println("hi"); };
• 条件表达式（? :）: Callable<Integer> c = true ? (() -> 23) : (() -> 42);
• 转型表达式（cast）: Runnable o = (Runnable) () -> { System.out.println("hi"); };

3、词法作用域

lambda引用的是值，而不是变量。在匿名内部类中引用它所在方法的变量时，该变量必须声明为final，虽然Java8中放宽了此限制，可以引用非final变量，但是该变量在既成事实上必须是final的，即不能再匿名内部类中改变它所在方法的变量值，否则编译器会报错。既成事实上的final是指只能给该变量赋值一次，换句话说，Lambda引用的是值，而不是变量。举例如下：

上面两个例子中，只要在内部类或lambda表达式中修改其所在方法中的变量都会报错。lambda表达式不支持修改外部变量的另一个原因是：我们可以使用更好的方式实现相同的效果：使用规约。java.util.function包中提供了各种规约，如sum、min、max等。

在内部类中定义和外部类中相同的变量时，其内部类中定义的变量会覆盖外部类中定义的变量。而lambda表达式基于词法作用域，在lambda函数体里面不允许定义和外面相同的变量，如果定义则会报错。举例：

因此，可以说：lambda表达式对值封闭，对变量开放。

五、流

1、概念

外部迭代：通过Iterator的方式进行迭代的过程称为外部迭代。

内部迭代：通过stream的方式进行迭代的过程称为内部迭代。

流 - Stream：是用函数式编程的方式在集合类上进行复杂操作的工具。java8中为集合类和数组都提供了转为Stream的方法，由集合或数组生成的Stream不是一个新集合，而是创建新集合的配方。

惰性求值方法：只描述或刻画Stream，最终不产生新集合的方法叫惰性求值方法，如Stream的filter方法。

及早求值方法：最终会生成新集合的方法叫及早求值方法，如Stream的count方法。

说明：判断一个方法是惰性求值还是及早求值很简单：只需看它的返回值，如果返回值是Stream，那么就是惰性求值方法，如果返回的是另一个值或空，就是及早求值方法。使用这些操作的理想方式就是形成一个惰性求值的链，最后用一个及早求值的操作返回想要的结果。

2、常用的流操作

2.1 collect(Collector<? super T,A,R>)

作用：该方法由Stream里的值生成一个列表，是一个及早求值方法。

举例：

List<String> list = Stream.of("a", "1", "b", "2").collect(Collectors.toList());

2.2 Stream<R> map(Function<? super T, ? super R>)

作用：将一个流中的值转换成一个新流，是一个惰性求值方法。

举例：

Stream<String> stream = Stream.of("a","b","c").map(one -> one.toUpperCase());

2.3 Stream<T> filter(Predicate<? super T>)

作用：遍历流中的数据并根据条件进行过滤，形成一个新流，是一个惰性求值方法。

举例：

Stream<String> stream1 = Stream.of("abc","bcd","def").filter(one -> one.contains("bc"));

2.4 Stream<R> flatMap(Function<? super T, ? extends Stream<? extends R>>)

作用：当流中包含多个列表时，可将这多个列表中的内容打平放到一个列表下的流中，是一个惰性求值方法。

举例：

Stream<String> stream2 = Stream.of(Arrays.asList("a","b","c"), Arrays.asList("abc","bcd","def")).flatMap(one -> one.stream());

2.5 Optional<T> max(Comparator<? super T>)和Optional<T> min(Comparator<? super T>)

作用：获取一个集合中的最大值和最小值，是两个及早求值方法

举例：

Integer max = Stream.of(1,2,3).max(Comparator.comparing(one->one)).get();

Integer min = Stream.of(1,2,3).min(Comparator.comparing(one->one)).get();

2.6 long count()

作用：返回Stream中元素的数量，是一个及早求值方法

举例：

Long count = Stream.of(1,2,3).count();

2.7 Optional<T> reduce(BinaryOperator<T>)

作用：从stream的一组值中生成1个值，count、max、min都属于reduce操作，是一个及早求值方法。

举例：第1个参数one是上次函数计算的返回值，其初始值是stream中第1个值；第2个参数two是stream中的元素值，其初始值是stream中第2个值，返回类型是Optional，通过get方法获取其值

Integer count = Stream.of(1,2,3,4,5,6).reduce((one, two) -> { System.out.println(one + ":"+two);return two; }).get();

2.8 T reduce(T, BinaryOperator<T>)

举例：该方法比上一个方法多了一个初始值100，one仍然代表上次函数计算的返回值，其初始值为就是设定的初始值100；two仍然是stream中的元素值，其初始值是stream中的第1个值。由于该方法指定了初始值，因此该方法的返回值类型就是设定的初始值类型，即Integer。

Integer count1 = Stream.of(1,2,3,4,5,6).reduce(100, (one, two) -> { System.out.println(one + ":"+two);return two; });

2.9 Stream<T> distinct()

作用：返回由该流的不同元素组成的一个新流，是一个惰性求值方法

举例：

Stream.of(3,2,5,3,4,3).distinct().peek(one -> System.out.println(one)).count();

2.10 Stream<T> limit(int maxSize)

作用：返回前maxSize个元素组成的新流，是一个惰性求值方法

举例：

System.out.println(Stream.of(1,2,3,4,5,6).limit(3).filter(one -> {System.out.println(one);return true;}).count());

2.11 Stream<T> peek(Consumer<? super T>)

作用：返回一个由该流的元素组成的新流，并且对新流中每个元素执行指定的操作

举例：

Stream stream = Stream.of(1,2,3,4,5,6).peek(one -> System.out.println(one));

2.12 Stream<T> skip(long n)

作用：从流的第1个元素开始，跳过n个元素，把从第n+1个元素开始到最后所有的元素形成一个新流

举例：

Stream.of(1,2,3,4,5,6).skip(3).peek(one -> System.out.println(one)).count();

2.13 Stream<T> sorted()

作用：将流中的元素按照自然顺序进行排序，是一个惰性求值方法

举例：

Stream.of(6,2,5,3,4,1).peek(one-> System.out.println(one)).sorted().peek(one-> System.out.println(one)).count();

2.14 boolean allMatch(Predicate<? super T>)

作用：返回流中的所有元素是否都与条件匹配

举例：

System.out.println(Stream.of(6,2,5,3,4,1).allMatch(one -> one>3));

2.15 boolean anyMatch(Predicate<? super T>)

作用：返回流中是否存在与条件匹配的元素

举例：

System.out.println(Stream.of(6,2,5,3,4,1).anyMatch(one -> one>3));

2.16 boolean noneMatch(Predicate<? super T>)

作用：返回流中所有元素是否都不与条件匹配

举例：

System.out.println(Stream.of(6,2,5,3,4,1).noneMatch(one -> one>3));

2.17 findAny()

作用：返回描述流的一些元素的Optional对象，如果流为空，则返回一个空Optional

举例：

System.out.println(Stream.of(3,2,5,6,4,1).findAny().get());

2.18 findFirst()

作用：返回描述流的第一个元素的Optional对象，如果流为空，则返回一个空Optional

举例：

System.out.println(Stream.of(3,2,5,6,4,1).findAny().get());

2.19 void forEach(Consumer<? super T>)

作用：对流中每个元素循环进行操作

举例：

Stream.of(3,2,5,6,4,1).forEach(one -> System.out.println(one));

2.20 Object[] toArray()

作用：返回一个包含流中元素的数组

举例：

Integer[] values = (Integer[])Stream.of(3,2,5,6,4,1).toArray();

六、function包

1、Predicate<T>

抽象方法为boolean test(T)，传入T类型的参数，返回一个boolean类型值。可用于流中数值判断。

举例：

Predicate<String> predicate = one -> one.length() > 0;

2、Consumer<T>

抽象方法为void accept(T)，传入T类型的参数，不返回值。可用于实现消费者

举例：

Consumer<Integer> consumer = one -> System.out.println(one);

3、Supplier<T>

抽象方法为String[] value()，无参数，返回一个字符串数组。可用于实现生产者

举例：

Supplier<Integer> supplier = () -> new Integer(100);

4、Function<T, R>

抽象方法为R apply(T)，传入参数T，返回结果R。

举例：

Function<String, Integer> function = one -> one.length();

5、UnaryOperator<T>

抽象方法T apply(T)，接收T对象，返回T对象。

举例：

UnaryOperator<String> unaryOperator = one -> "hello:" + one;

6、BinaryOperator<T>

抽象方法为T apply(T, T)，接收2个T对象，返回T对象。

举例：

BinaryOperator<Integer> binaryOperator = (one, two) -> one + two;

七、对并发的影响

待续