Java Lambda表达式

译    原文作者:Jakob Jenkov     原文链接： http://tutorials.jenkov.com/java/lambda-expressions.html

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Java Lambda表达式是Java8中的新特性。Java lambda表达式是Java进入函数式编程的第一步。因此，Java lambda表达式是可以单独创建的函数，而无需属于任何类。Java lambda 表达式可以像对象一样传递并按需执行。

Java lambda表达式通常用于实现简单的事件监听/回调，或在Java Streams API 函数式编程时使用。

Java Lambdas和函数式接口

函数式编程通常用于实现事件侦听器。Java中的事件监听器通常被定义为具有一个抽象方法的Java接口。

这是一个模拟的单个抽象方法接口示例：

public interface StateChangeListener {
	public void onStateChange(State oldState, State newState);
}

这个Java接口定义了一个抽象方法，只要状态发生变化（无论观察到什么），都将调用该方法。

在Java 7中，你必须实现此接口才能监听状态的更改。假设你有一个名为StateOwner的类，可以注册状态监听器。示例如下：

public class StateOwner {
  public void addStateLister(StateChangeListener stateChangeListener) {
   //do some thing
 };
}

在Java 7中，你可以使用匿名接口实现添加监听器，如下所示：

StateOwner stateOwner = new StateOwner();
		stateOwner.addStateLister(new StateChangeListener() {
			@Override
			public void onStateChange(State oldState, State newState) {
				System.out.println("State changed");
			}
		});

在Java 8中你可以使用Lambda表达式来添加监听器，如下：

StateOwner stateOwner = new StateOwner();
		stateOwner.addStateLister(
			(oldState, newState) -> System.out.println("State change")
		);

这一部分是Lambda表达式：

(oldState, newState) -> System.out.println("State changed")

lambda表达式与addStateListener()方法的参数的参数类型匹配。如果lambda表达式与参数类型（在本例中为StateChangeListener接口）匹配，则将lambda表达式转换为实现与该参数相同的接口的函数。

Java lambda表达式只能在它们匹配的类型是单个方法接口的地方使用。

在上面的示例中，lambda表达式作为参数，其中参数类型为StateChangeListener接口。该接口只有一个抽象方法。因此，lambda表达式成功匹配该接口。

将Lambda匹配到接口

单个抽象方法接口有时也称为函数式接口。 将Java lambda表达式与函数式接口进行匹配需要以下步骤：

• 接口是否只有一个抽象方法？
• lambda表达式的参数是否与抽象方法的参数匹配？
• lambda表达式的返回类型是否与抽象方法的返回类型匹配？

如果这三个条件都满足，则该接口可以匹配给定的lambda表达式。

具有默认方法和静态方法的接口

从Java 8开始，Java接口可以包含默认方法和静态方法。默认方法和静态方法都可以在接口中直接实现。这意味着，Java lambda表达式可以使用多种方法实现接口——只要该接口仅有一个抽象方法即可。

可以使用lambda表达式实现以下接口：

import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;

public interface MyInterface {

    void printIt(String text);

    default public void printUtf8To(String text, OutputStream outputStream){
        try {
            outputStream.write(text.getBytes("UTF-8"));
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException("Error writing String as UTF-8 to OutputStream", e);
        }
    }

    static void printItToSystemOut(String text){
        System.out.println(text);
    }
}

即使此接口包含3个方法，也可以通过lambda表达式实现，因为只有一个抽象方法。

实现如下：

MyInterface myInterface = (String text) -> {
    System.out.print(text);
};

Lambda表达式 vs 匿名接口实现

即使lambda表达式接近匿名接口实现，但也有一些区别需要注意。

最主要的区别，匿名接口实现可以具有状态（成员变量），而lambda表达式则不能。

看一下下面这个接口：

public interface MyEventConsumer {

    public void consume(Object event);

}

可以使用匿名接口实现方式来实现此接口，如下所示：

MyEventConsumer consumer = new MyEventConsumer() {
    public void consume(Object event){
        System.out.println(event.toString() + " consumed");
    }
};

此匿名MyEventConsumer实现可以具有自己的内部状态。

重写匿名接口实现：

MyEventConsumer myEventConsumer = new MyEventConsumer() {
    private int eventCount = 0;
    public void consume(Object event) {
        System.out.println(event.toString() + " consumed " + this.eventCount++ + " times.");
    }
};

请注意，匿名MyEventConsumer接口实现现在具有一个名为eventCount的属性。

Lambda表达式不能具有此类属性。因此，lambda表达式是无状态的。

Lambda类型推断

在Java 8之前，在进行匿名接口实现时，必须指定要实现的接口。这是本文开头的匿名接口实现示例：

stateOwner.addStateListener(new StateChangeListener() {

    public void onStateChange(State oldState, State newState) {
        // do something with the old and new state.
    }
});

使用lambda表达式时，通常可以从相关的代码中推断出类型。例如，可以从addStateListener()方法（StateChangeListener接口上的抽象方法）的方法声明中推断参数的接口类型。

这称为类型推断。编译器通过在其他地方寻找类型来推断参数的类型——在这种情况下为方法定义。这是本文开头的示例，lambda表达式中并未声明参数的类型：

stateOwner.addStateListener(
    (oldState, newState) -> System.out.println("State changed")
);

在lambda表达式中，通常可以推断参数类型。在上面的示例中，编译器可以从onStateChange()方法声明中推断其类型。因此，从onStateChange()方法的方法声明中就可以推断出参数 oldState 和 newState 的类型。

Lambda参数

由于Java lambda表达式实际上只是方法，因此lambda表达式可以像方法一样接受参数。前面显示的lambda表达式的（oldState，newState）部分指定lambda表达式使用的参数。这些参数必须与函数式接口的抽象方法参数匹配。在当前这个示例，参数必须与StateChangeListener接口的onStateChange()方法的参数匹配：

public void onStateChange(State oldState, State newState);

首先，lambda表达式中的参数数量必须与方法匹配。

其次，如果你在lambda表达式中指定了任何参数类型，则这些类型也必须匹配。我还没有向你演示如何在lambda表达式参数上设置类型（本文稍后展示），但是在大多数情况下，你不会用到它。

无参数

如果lambda表达式匹配的方法无参数，则可以这样写lambda表达式：

() -> System.out.println("Zero parameter lambda");

请注意，括号中没有内容。那就是表示lambda不带任何参数。

一个参数

如果Java lambda表达式匹配的方法有一个参数，则可以这样写lambda表达式：

(param) -> System.out.println("One parameter: " + param);

请注意，参数在括号内列出。

当lambda表达式是单个参数时，也可以省略括号，如下所示：

param -> System.out.println("One parameter: " + param);

多个参数

如果Java lambda表达式匹配的方法有多个参数，则需要在括号内列出这些参数。代码如下：

(p1, p2) -> System.out.println("Multiple parameters: " + p1 + ", " + p2);

仅当方法是单个参数时，才可以省略括号。

指定参数类型

如果编译器无法从lambda匹配的函数式接口抽象方法推断参数类型，则有时可能需要为lambda表达式指定参数类型。不用担心，编译器会在这种情况下会有提醒。这是一个Java lambda指定参数类型示例：

(Car car) -> System.out.println("The car is: " + car.getName());

如你所见，car参数的类型（Car）写在参数名称的前面，就像在其他方法中声明参数或对接口进行匿名实现时一样。

Java 11中的var参数类型

在Java 11中，你可以使用var关键字作为参数类型。

var关键字在Java 10中作为局部变量类型推断引入。从Java 11开始，var也可以用于lambda参数类型。这是在lambda表达式中使用Java var关键字作为参数类型的示例：

Function<String, String> toLowerCase = (var input) -> input.toLowerCase();

Lambda表达式主体

lambda表达式的主体以及它表示的函数/方法的主体在lambda声明中的->的右侧指定：

这是一个示例：

(oldState, newState) -> System.out.println("State changed")

如果你的lambda表达式需要包含多行，则可以将lambda函数主体括在{}括号内，Java在其他地方声明方法时也需要将其括起来。这是一个例子：

(oldState, newState) -> {
    System.out.println("Old state: " + oldState);
    System.out.println("New state: " + newState);
  }

Lambda表达式返回值

你可以从Java lambda表达式返回值，就像从方法中返回值一样。你只需向lambda表达式主体添加一个return，如下所示：

(param) -> {
    System.out.println("param: " + param);
    return "return value";
  }

如果你的lambda表达式只需要计算一个返回值并将其返回，则可以用更短的方式指定返回值。例如这个：

(a1, a2) -> { return a1 > a2; }

你可以写成：

(a1, a2) -> a1 > a2;

然后，编译器会断定表达式 a1> a2 是lambda表达式的返回值。

Lambdas作为对象

Java lambda表达式本质上是一个对象。你可以将变量指向lambda表达式并传递，就像处理其他任何对象一样。这是一个例子：

public interface MyComparator {

    public boolean compare(int a1, int a2);

}

MyComparator myComparator = (a1, a2) -> return a1 > a2;

boolean result = myComparator.compare(2, 5);

第一个代码块显示了lambda表达式实现的接口。

第二个代码块显示了lambda表达式的定义，lambda表达式如何分配给变量，以及最后如何通过调用其实现的接口方法来调用lambda表达式。

变量捕获

在某些情况下，Java lambda表达式能够访问在lambda表达式主体外部声明的变量。

Java lambdas可以捕获以下类型的变量：

• 局部变量
• 实例变量
• 静态变量

这些变量捕获的每一个将在以下各节中进行描述。

局部变量捕获

Java lambda可以捕获在lambda主体外部声明的局部变量的值。为了说明这一点，首先看一下这个函数式接口：

public interface MyFactory {
    public String create(char[] chars);
}

现在，看一下实现MyFactory接口的lambda表达式：

MyFactory myFactory = (chars) -> {
    return new String(chars);
};

现在，此lambda表达式仅引用传递给它的参数值（chars）。但是我们可以改变一下。这是引用在lambda函数主体外部声明的String变量的更新版本：

String myString = "Test";

MyFactory myFactory = (chars) -> {
    return myString + ":" + new String(chars);
};

如你所见，lambda表达式主体现在引用了在lambda表达式主体外部声明的局部变量myString。当且仅当被引用的变量是“有效只读(如果一个局部变量在初始化后从未被修改过，那么它就是有效只读)”时才有可能，这意味着在赋值之后它不会改变其值。如果myString变量的值稍后更改，则编译器将抱怨从lambda主体内部对其的引用。

实例变量捕获

Lambda表达式还可以捕获创建Lambda的对象中的实例变量。这是示例：

public class EventConsumerImpl {

    private String name = "MyConsumer";

    public void attach(MyEventProducer eventProducer){
        eventProducer.listen(e -> {
            System.out.println(this.name);
        });
    }
}

注意lambda表达式主体中对this.name的引用。这将捕获封闭的EventConsumerImpl对象的 name 实例变量。甚至可以在捕获实例变量后更改其值——该值将反映在lambda内部。

this 语义实际上是Java lambda与接口的匿名实现不同的地方之一。匿名接口实现可以有自己的实例变量，这些实例变量可以通过 this 进行引用。但是，lambda不能拥有自己的实例变量，因此它始终指向封闭的对象。

注意：EventConsumer的设计不是很优雅。我只是这样写来说明实例变量捕获。

静态变量捕获

Java lambda表达式还可以捕获静态变量。

因为只要可以访问静态变量（包作用域或public作用域），Java应用程序中的任何地方都可以访问静态变量。

这是一个创建lambda表达式的示例类，该lambda表达式从lambda表达式主体内部引用静态变量：

public class EventConsumerImpl {
    private static String someStaticVar = "Some text";

    public void attach(MyEventProducer eventProducer){
        eventProducer.listen(e -> {
            System.out.println(someStaticVar);
        });
    }
}

lambda捕获到静态变量后，它的值也可以更改。

同样，上述类设计不太合理。不要对此考虑太多。该类主要用于向你显示lambda表达式可以访问静态变量。

Lambda方法引用

如果你的lambda表达式所做的只是用传递给lambda的参数调用另一个方法，则Java lambda实现提供了更简洁的方式表示该方法调用。

首先，这是一个函数式接口：

public interface MyPrinter{
    public void print(String s);
}

以下是创建实现MyPrinter接口的Java lambda表达式的示例：

MyPrinter myPrinter = (s) -> { System.out.println(s); };

由于lambda主体仅由一个语句组成，因此我们实际上可以省略括号{}。另外，由于lambda方法只有一个参数，因此我们可以省略该参数周围的括号()。更改之后的lambda表达式：

MyPrinter myPrinter = s -> System.out.println(s);

由于所有lambda主体所做的工作都是将字符串参数转发给System.out.println()方法，因此我们可以将上述lambda声明替换为方法引用。以下是lambda表达式引用方法的实例：

MyPrinter myPrinter = System.out::println;

注意双冒号::。它会向Java编译器发出信号，这是方法引用。引用的方法是双冒号之后的内容。拥有被引用方法的任何类或对象都在双冒号之前。

你可以引用以下类型的方法：

• 静态方法
• 参数对象的实例方法
• 实例方法
• 构造方法

以下各节介绍了每种类型的方法引用。

静态方法引用

最容易引用的方法是静态方法。

首先是函数式接口的示例：

public interface Finder {
    public int find(String s1, String s2);
}

这是一个静态方法：

public class MyClass{
    public static int doFind(String s1, String s2){
        return s1.lastIndexOf(s2);
    }
}

最后是引用静态方法的Java lambda表达式：

Finder finder = MyClass::doFind;

由于Finder.find()和MyClass.doFind()方法的参数匹配，因此可以创建实现Finder.find()并引用MyClass.doFind()方法的lambda表达式。

参数方法引用

也可以将其中一个参数的方法引用到lambda。

函数式接口如下：

public interface Finder {
    public int find(String s1, String s2);
}

该接口用于表示能在s1中搜索s2的出现的部分。下面是一个Java lambda表达式的示例，它调用indexOf() 搜索：

Finder finder = String::indexOf;

这等价以下lambda定义：

Finder finder = (s1, s2) -> s1.indexOf(s2);

请注意简洁方式版本是如何引用单个方法的。Java编译器尝试将引用的方法与第一个参数类型相匹配，使用第二个参数类型作为被引用方法的参数。

实例方法引用

第三，还可以从lambda表达式中引用实例方法。

首先，让我们来看一个函数式接口定义：

public interface Deserializer {
    public int deserialize(String v1);
}

此接口表示一个组件，该组件能够将字符串“反序列化”为int。

现在看看这个StringConverter类：

public class StringConverter {
    public int convertToInt(String v1){
        return Integer.valueOf(v1);
    }
}

convertToInt()方法与Deserializer deserialize()方法的deserialize()方法具有相同的签名。因此，我们可以创建StringConverter的实例，并从Java lambda表达式引用其convertToInt()方法，如下所示：

StringConverter stringConverter = new StringConverter();

Deserializer des = stringConverter::convertToInt;

第二行创建的lambda表达式引用在第一行创建的StringConverter实例的convertToInt方法。

构造方法引用

最后，可以引用一个类的构造方法。你可以通过在类名后加上:: new来完成此操作，如下所示：

MyClass::new

来看看如何在lambda表达式中引用构造方法。

函数式接口定义如下：

public interface Factory {
    public String create(char[] val);
}

此接口的create()方法与String类中某个构造函数的签名匹配。因此，此构造函数可以被lambda表达式用到。下面是一个示例：

Factory factory = String::new;

等同于如下lambda表达式：

Factory factory = chars -> new String(chars);

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