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Java Lambda表达式初探


 

 
前言
 
本文受启发于Trisha Gee在JavaOne 2016的主题演讲Refactoring to Java 8。
 
Java 8已经发行两年多,但很多人仍然在使用JDK7。对企业来说,技术上谨慎未必是坏事,但对个人学习而言,不去学习新技术就很可能被技术抛弃。Java 8一个重要的变更是引入Lambda表达式(lambda expression),这听起来似乎很牛,有种我虽然不知道Lambda表达式是什么,但我仍然觉得很厉害的感觉。不要怕,具体到语言层面上Lambda表达式不过是一种新的语法而已,有了它,Java将开启函数式编程的大门。
 
为什么需要Lambda表达式
 
不要纠结什么是Lambda表达式、什么是函数式编程。先来看一下Java 8新的语法特性带来的便利之处,相信你会过目不忘的。
 
在有Lambda表达式之前,要新建一个线程,需要这样写:
 
new Thread(new Runnable(){
    @Override
    public void run(){
        System.out.println("Thread run()");
    }
}).start();
有Lambda表达式之后,则可以这样写:
 
new Thread(
        () -> System.out.println("Thread run()")
).start();
正如你所见,之前无用的模板代码不见了!如上所示,Lambda表达式一个常见的用法是取代(某些)匿名内部类,但Lambda表达式的作用不限于此。
 
Lambda表达式的原理
 
刚接触Lambda表达式可能觉得它很神奇:不需要声明类或者方法的名字,就可以直接定义函数。但其实这只是编译器给我们提供的一个小把戏,背后的原理并不难理解。下面是Lambda表达式几种可能的书写形式:
 
Runnable run = () -> System.out.println("Hello World");// 1
ActionListener listener = event -> System.out.println("button clicked");// 2
Runnable multiLine = () -> {// 3
    System.out.println("Hello ");
    System.out.println("World");
};
BinaryOperator<Long> add = (Long x, Long y) -> x + y;// 4
BinaryOperator<Long> addImplicit = (x, y) -> x + y;// 5
通过上例可以发现:
 
Lambda表达式是有类型的,赋值操作的左边就是类型。Lambda表达式的类型实际上是对应接口的类型。
Lambda表达式可以包含多行代码,需要用大括号把代码块括起来,就像写函数体那样。
大多数时候,Lambda表达式的参数表可以省略类型,就像代码2和5那样。这得益于javac的类型推导机制,编译器可以根据上下文推导出类型信息。
实际上每个Lambda表达式都是原来匿名内部类的简写形式,该内部类实现了某个函数接口(Functional Interface)。所谓函数接口是指添加了@FunctionalInterface标注,并且内部只有一个接口函数的接口。Java是强类型语言,无论有没有显式指明,每个变量和对象都必须有明确的类型,没有显式指定的时候编译器会尝试确定类型。Lambda表达式的类型就是对应函数接口的类型。
 
Lambda表达式和Stream
 
Lambda表达式的另一个重要用法,是和Stream一起使用。Stream is a sequence of elements supporting sequential and parallel aggregate operations。Stream就是一组元素的序列,支持对这些元素进行各种操作,而这些操作是通过Lambda表达式指定的。可以把Stream看作Java Collection的一种视图,就像迭代器是容器的一种视图那样(但Stream不会修改容器中的内容)。下面例子展示了Stream的常见用法。
例子1
 
假设需要从一个字符串列表中选出以数字开头的字符串并输出,Java 7之前需要这样写:
 
List<String> list = Arrays.asList("1one", "two", "three", "4four");
for(String str : list){
    if(Character.isDigit(str.charAt(0))){
        System.out.println(str);
    }
}
而Java 8就可以这样写:
 
List<String> list = Arrays.asList("1one", "two", "three", "4four");
list.stream()// 1.得到容器的Steam
    .filter(str -> Character.isDigit(str.charAt(0)))// 2.选出以数字开头的字符串
    .forEach(str -> System.out.println(str));// 3.输出字符串
上述代码首先1. 调用List.stream()方法得到容器的Stream,2. 然后调用filter()方法过滤出以数字开头的字符串,3. 最后调用forEach()方法输出结果。
 
使用Stream有两个明显的好处:
 
减少了模板代码,只用Lambda表达式指明所需操作,代码语义更加明确、便于阅读。
将外部迭代改成了Stream的内部迭代,方便了JVM本身对迭代过程做优化(比如可以并行迭代)。
例子2
 
假设需要从一个字符串列表中,选出所有不以数字开头的字符串,将其转换成大写形式,并把结果放到新的集合当中。Java 8书写的代码如下:
 
List<String> list = Arrays.asList("1one", "two", "three", "4four");
Set<String> newList =
        list.stream()// 1.得到容器的Stream
        .filter(str -> !Character.isDigit(str.charAt(0)))// 2.选出不以数字开头的字符串
        .map(String::toUpperCase)// 3.转换成大写形式
        .collect(Collectors.toSet());// 4.生成结果集
上述代码首先1. 调用List.stream()方法得到容器的Stream,2. 然后调用filter()方法选出不以数字开头的字符串,3. 之后调用map()方法将字符串转换成大写形式,4. 最后调用collect()方法将结果转换成Set。这个例子还向我们展示了方法引用(method references,代码中标号3处)以及收集器(Collector,代码中标号4处)的用法,这里不再展开说明。
 
通过这个例子我们看到了Stream链式操作,即多个操作可以连成一串。不用担心这会导致对容器的多次迭代,因为不是每个Stream的操作都会立即执行。Stream的操作分成两类,一类是中间操作(intermediate operations),另一类是结束操作(terminal operation),只有结束操作才会导致真正的代码执行,中间操作只会做一些标记,表示需要对Stream进行某种操作。这意味着可以在Stream上通过关联多种操作,但最终只需要一次迭代。如果你熟悉Spark RDD,对此应该并不陌生。
 
结语
 
Java 8引入Lambda表达式,从此打开了函数式编程的大门。如果你之前不了解函数式编程,不必纠结于这个概念。编程过程中简洁明了的书写形式以及强大的Stream API会让你很快熟悉Lambda表达式的。
 
本文只对Java Lambda表达式的基本介绍,希望能够激发读者对Java函数式编程的兴趣。如果本文能够让你觉得Lambda表达式很好玩,函数式编程很有趣,并产生了进一步学习的欲望,那就再好不过了。文末参考文献中列出了一些有用的资源。