Java8新特性: lambda 表達式介紹

2022 年 8 月 2 日
筆記
sJava知識

一、lambda 表達式介紹

lambda 表達式是 Java 8 的一個新特性，可以取代大部分的匿名內部類，簡化了匿名委託的使用，讓你讓程式碼更加簡潔，優雅。

比較官方的定義是這樣的：

lambda 表達式是一個可傳遞的程式碼塊（或者匿名函數），可以在以後執行一次或多次。

這個匿名函數沒有名稱，但它有參數列表、函數主體、返回類型，可能還有一個可以拋出的異常列表。lambda 表達式也可稱為閉包。

在 Java 中傳遞一個程式碼段並不容易，你不能直接傳遞程式碼段。Java 是一種面向對象語言，所以必須構造一個對象，這個對象的類需要有一個方法包含所需的程式碼。接下來就看看 Java 是怎麼來處理程式碼塊的。

二、lambda 表達式的語法

ava 中有一個 Comparator 介面用來排序。這是 Java 8 以前的程式碼形式：

public class LengthComparator implements Comparator<String> {
    @Override
    public int compare(String a, String b) {
        return a.length() - b.length();
    }
}
String[] strArr = new String[]{"abcde", "qwer"};
Arrays.sort(strArr, new LengthComparator());

我們需要定義一個實現了 Comparator 介面的類，並實現裡面的 compare() 方法，然後把這個類當做參數傳給 sort 方法。

而我們使用 lambda 表達式就可以這樣來寫：

Arrays.sort(strArr, (String a, String b) -> a.length() - b.length());

其中的 (String a, String b) -> a.length() - b.length() 就是一個 lambda 表達式。

lambda 表達式就是一個程式碼塊，以及必須傳入程式碼的變數規範

lambda 表達式的一些例子：

// 1. 不需要參數,返回值為 5  
() -> 5  
  
// 2. 接收一個參數(數字類型),返回其2倍的值  
x -> 2 * x  
  
// 3. 接受2個參數(數字),並返回他們的差值  
(x, y) -> x – y  
  
// 4. 接收2個int型整數,返回他們的和  
(int x, int y) -> x + y  
  
// 5. 接受一個 string 對象,並在控制台列印,不返回任何值(看起來像是返回void)  
(String s) -> System.out.print(s)

再看一個例子加深理解：

// 用匿名內部類的方式來創建執行緒 
new Thread(new Runnable() { 
    @Override 
    public void run() { 
        System.out.println("hello world"); 
    } 
});


// 使用Lambda來創建執行緒
new Thread(() -> System.out.println("hello world"));

注意：

如果一個 lambda 表達式只在某些分支返回一個值，而另外一些分支不返回值，這是不合法的。
例如，(int x) -> { if (x>= 0) return 1; } 就不合法

三、函數式介面

Java 中有很多封裝程式碼塊的介面，比如上面的 Comparator 或 ActionListener，lambda 表達式與這些介面是兼容的。

但並不是所有的介面都可以使用 lambda 表達式來實現。lambda 規定介面中只能有一個需要被實現的方法（只包含一個抽象方法），不是規定介面中只能有一個方法。 這種介面就稱為函數式介面。

Java 8 中有另一個新特性：default，被 default 修飾的方法會有默認實現，不是必須被實現的方法，所以不影響 Lambda 表達式的使用。

上面的 Comparator 和 ActionListener，包括 Runnable 就是只有一個需要被實現的方法的介面。即函數式介面。

@FunctionalInterface
public interface Runnable {
    /**
     * When an object implementing interface <code>Runnable</code> is used...
     */
    public abstract void run();
}

我們來觀察下 Runnable 介面，介面上面有一個註解 @FunctionalInterface。

通過觀察 @FunctionalInterface 這個註解的源碼，可以知道這個註解有以下特點：

該註解只能標記在有且僅有一個抽象方法的介面上。
JDK8 介面中的靜態方法和默認方法，都不算是抽象方法。
介面默認繼承 java.lang.Object，所以如果介面顯示聲明覆蓋了 Object 中方法，那麼也不算抽象方法。
該註解不是必須的，如果一個介面符合”函數式介面”定義，那麼加不加該註解都沒有影響。加上該註解能夠更好地讓編譯器進行檢查。如果編寫的不是函數式介面，但是加上了@FunctionInterface，那麼編譯器會報錯。

我們再來看一下 Comparator 介面的源碼：

@FunctionalInterface
public interface Comparator<T> {
    
    int compare(T o1, T o2);

    boolean equals(Object obj);

    default Comparator<T> reversed() {
        return Collections.reverseOrder(this);
    }

    default Comparator<T> thenComparing(Comparator<? super T> other) {
        Objects.requireNonNull(other);
        return (Comparator<T> & Serializable) (c1, c2) -> {
            int res = compare(c1, c2);
            return (res != 0) ? res : other.compare(c1, c2);
        };
    }

    public static <T> Comparator<T> nullsFirst(Comparator<? super T> comparator) {
        return new Comparators.NullComparator<>(true, comparator);
    }
}

這裡只貼出來了部分程式碼，可以看到排除掉介面的中的靜態方法、默認方法和覆蓋的 Object 中的方法之後，就剩下一個抽象方法 int compare(T o1, T o2); 符合 lambda 函數式介面的規範。

JDK 中提供一些其他的函數介面如下：

四、方法引用

Java awt 包中有一個 Timer 類，作用是經過一段時間就執行一次。用 lambda 表達式來處理：

Timer timer = new Timer(1000, event -> System.out.println("this time is " + new Date()));

這裡面的 lambda 表達式可以這樣表示：

Timer timer = new Timer(1000, System.out::println);

表達式 System.out::println 就是一個方法引用(method reference)，它指示編譯器生成一個函數式介面的實例，覆蓋這個介面的抽象方法來調用給定的方法。

方法引用需要用 ::運算符分隔方法名與對象或類名。主要有3種情況：

1. object::instanceMethod
2. Class::instanceMethod
3. Class::staticMethod

具體解釋這裡不再敘述，有興趣的可以看看《Java 核心技術卷1》。

注意：

只有當 lambda 表達式的體只調用一個方法而不做其他操作時，才能把 lambda 表達式重寫為方法引用

五、構造器引用

構造器引用與方法引用很類似，只不過方法名 new。例如，Person::new 是 Person 構造器的一個引用。

假如有一個字元串列表。可以把它轉換為一個 Person 對象數組，為此要在各個字元串上調用構造器：

ArrayList<String> names = ... ;
Stream<Persion> stream = names.stream().map(Person::new);
List<Person> people = stream.collect(Collectors.toList());

其中，map 方法會為各個列表元素調用 Person(String) 構造器。這裡的 stream 和 map 會在下一篇部落格中學習，這篇暫不討論。

六、變數作用域

看下面這個例子：

public static void repeatMessage(String text, int delay){
    ActionListener listener = event -> 
        {
            System.out.printLn(text);
        };
    new Timer(delay, listener).start();
}

// 調用
repeatMessage("Hello", 1000);

可以看到， lambda 表達式可以捕獲外圍作用域中變數的值。在 Java 中，要確保所捕獲的值是明確定義的，這裡有一個重要的限制。在 lambda 表達式中，只能引用值不會改變的變數。這是為了保證並發執行過程的安全。

lambda 表達式中捕獲的變數必須實際上是事實最終變數。就是這個變數初始化之後就不會再為它賦新值。

參考資料：

　　1.《Java 核心技術卷1-2》

　　2.//juejin.cn/post/7035997996936331294

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