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lambda表达式与函数式接口详解

一、简介

java8于2014年发布,相比于java7,java8新增了非常多的特性,如lambda表达式、函数式接口、方法引用、默认方法、新工具(编译工具)、Stream API、Date Time API、Optional等 。 当前很多公司的老产品依然使用的java7,甚至开发人员开发新产品时依然没有选择升级, 写关于java8系列文章的目的在于梳理和分享java8新增的主要特性,开发时也可以用作参考。

lambda表达式是java8新增的主要特性之一,lambda表达式又称闭包或匿名函数,主要优点在于简化代码、增强代码可读性、并行操作集合等。至于是否使用,有的同学觉得不适应,有的同学欲罢不能,见仁见智~

技多不压身,本文将采用由浅入深的方式,讲解java8 lambda表达式的语法及使用,并附带代码进行演示。

二、lambda语法

lambda的基本语法:

(parameters) -> expression
 or
 (parameters) ->{ statements; }
           

lambda表达式的特性:

1、可选类型声明: 无需声明参数类型,编译器即可自动识别

2、可选的参数圆括号: 仅有一个参数时圆括号可以省略

3、可选的大括号:主体只包含一个语句时可省略大括号

4、可选的返回关键字:主体只包含一个表达式返回值并省略大括号时,编译器会自动return返回值;有大括号时,需要显式指定表达式return了一个数值

特性示例:

//1、无参数,返回值1
() -> 1 
//2、无参数,无返回值
() -> System.out.print("Java8 lambda.");
//3、1个参数,参数类型为数字,返回值为其值的5倍
x ->  5 * x 
//4、2个参数,参数类型均为数字,返回值为其差值
(x, y) -> x - y
//5、2个参数,指定参数类型均为int型,返回值为其差值 
(int x, int y) -> x - y  
//6、1个参数,指定参数类型为String ,无返回值
(String str) -> System.out.print(str)
           

三、java8 lambda使用示例

前面我们讲到lambda表达式的语法和特性,那么在java8中如何使用lambda表达式呢?我们先以用几个示例来展现lambda表达式在java8中的使用。

3.1 java Runnable接口的lambda实现

用lambdah代替匿名类是java8中lambda的常用形式,本文以开发同学经常使用的Runnable接口匿名类为示例,演示如何用lambda表达式来代替匿名类:

在java8之前:

new Thread(new Runnable()
   {
    @Override
    public void run()
    {
         System.out.println("No use lambda.");
    }
   }).start();
           

在java8之后:

可以看到,java8中利用lambda表达式大大简化了代码编写。

此处简要提下,用lambda表达式代替匿名类的关键在于,匿名类实现的接口使用了java.lang.FunctionalInterface注解,且只有一个待实现的抽象接口方法,如Runnable接口:

@FunctionalInterface
  public interface Runnable {
      public abstract void run();
  }
           

3.2 java List迭代的lambda实现

开发同学经常会使用到集合类,并对集合类对象进行迭代,以实现业务逻辑。

java8中,集合类的顶层接口java.lang.Iterable定义了一个forEach方法:

/* @param action The action to be performed for each element
     * @throws NullPointerException if the specified action is null
     * @since 1.8
     */
    default void forEach(Consumer<? super T> action) {
        Objects.requireNonNull(action);
        for (T t : this) {
            action.accept(t);
        }
    }
           

forEach方法可以迭代集合的所有对象,其参数为Consumer对象,Consumer类位于java.util.function包下,我们看下其定义:

@FunctionalInterface
public interface Consumer<T> {
    void accept(T t);

    default Consumer<T> andThen(Consumer<? super T> after) {
        Objects.requireNonNull(after);
        return (T t) -> { accept(t); after.accept(t); };
    }
}
           

到此已经很容易联想到,我们可以采用lambda表达式来实现java8集合的迭代逻辑,下面我们进行示例:

在java8之前:

List<Integer> features = Arrays.asList(1,2);
    for (Integer feature : features) {
         System.out.println(feature);
     }
           

在java8之后:

List<Integer> features = Arrays.asList(1,2);
features.forEach(n -> System.out.println(n));
           

上述逻辑还可以用java8的方法引用来表示:

List<Integer> features = Arrays.asList(1,2);
features.forEach(System.out::println);
           

方法引用也是java8的新特性,由::操作符标示

四、函数式接口

在上一节中我们提到:“用lambda表达式代替匿名类的关键在于,匿名类实现的接口使用了java.lang.FunctionalInterface注解,且只有一个待实现的抽象接口方法”, 这里的接口便是函数式接口。

函数式接口(Functional Interface)是java8新增的特性,它是一个有且仅有一个抽象方法,但是可以有多个非抽象方法的接口。函数式接口可以被隐式转换为lambda表达式。

Runnable接口是在JDK1.8之前已经存在的接口,在JDK1.8中加入了@FunctionalInterface注解,表示将其定义为一个函数式接口。在JDK1.8中定义的函数式接口还有:

ava.util.concurrent.Callable
java.security.PrivilegedAction
java.util.Comparator
java.io.FileFilter
java.nio.file.PathMatcher
java.lang.reflect.InvocationHandler
java.beans.PropertyChangeListener
java.awt.event.ActionListener
javax.swing.event.ChangeListener
           

DK1.8新增加的函数式接口有java.util.function包下的接口,典型的如上一节中提到的Consumer接口,感兴趣的读者可以阅读JDK1.8的源码,在此不逐个列出,在下一节本文还会列举java.util.function包中典型的函数式接口的使用。

到这里,可以总结出,java8中用lambda表达式代替匿名内部类,本质上是将接口定义为函数式接口,并将函数式接口隐式转换为lambda表达式、

五、典型函数式接口的使用

上一节我们理解了java8函数式接口的概念和定义方法,本节再列举java.util.function几个典型的函数式接口的使用,加深下函数式接口与lambda表达式结合的理解。
           

5.1 Predicate接口

5.1.1 Predicate接口的基本用法

Predicate接口适合用于过滤,测试对象是否符合某个条件,Predicate接口源码如下:

@FunctionalInterface
public interface Predicate<T> {

    boolean test(T t);
    
    default Predicate<T> and(Predicate<? super T> other) {
        Objects.requireNonNull(other);
        return (t) -> test(t) && other.test(t);
    }
   
    default Predicate<T> negate() {
        return (t) -> !test(t);
    }

    default Predicate<T> or(Predicate<? super T> other) {
        Objects.requireNonNull(other);
        return (t) -> test(t) || other.test(t);
    }
  
    static <T> Predicate<T> isEqual(Object targetRef) {
        return (null == targetRef)
                ? Objects::isNull
                : object -> targetRef.equals(object);
    }
}
           

可以看到,Predicate接口待实现的唯一抽象方法是 boolean test(T t) 方法。我们用Predicate接口实现从整数型数组中过滤正数:

public static void main(String[] args)
    {  
        List<Integer> numbers = Arrays.asList(-1, -2, 0, 4, 5);
        filter(numbers, n -> n > 0);
    }
    
    public static void filter(List<Integer> numbers, Predicate<Integer> condition)
    {
        for (Integer number : numbers)
        {
            if (condition.test(number))
            {
                System.out.println("Eligible number: " + number);
            }
        }
    }
           

运行结果如下:

Eligible number: 4
Eligible number: 5
           

对数组的迭代,还可以使用Stream API的方式:

public static void main(String[] args)
{
    List<Integer> numbers = Arrays.asList(-1, -2, 0, 4, 5);
    numbers.stream().filter(n -> n > 0).forEach(n -> System.out.println("Eligible number: " + n));
}
           

上面的代码采用Stream API + Predicate接口 + Consumer接口的方式实现了同样的功能,代码量大大减少。Stream API(java.util.stream)同样是java8的新特性,将真正的函数式编程风格引入到java语言中,进一步简化了代码。