Java lambda表达式和方法引用详解 （快速上手）

lambda表达式

前言

函数式接口简介

函数式接口是仅包含一个抽象方法的接口，这个方法表明了这个接口的用途，通常表示单个动作

• 例如 Runnable 是函数式接口，仅有一个方法 run()
• 可以在函数式接口中指定 Object 类的公有方法
• 函数式接口可以有其他默认方法

简介

lambda 表达式本质上是一个匿名（没有名字的）方法

• 这个方法不是独立的，是用于实现一个函数式接口中定义的方法
• lambda 表达式会生成一个匿名类，lambda表达式也被称为闭包

lambda 表达式的返回类型即为它实现的抽象方法所返回的类型，只能用于已经被指定类型的代码环境中

1 简单 lambda表达式

1.1 基本概念

lambda表达式引入了一种新的 Java 操作符： ->
它被称为 lambda操作符 或 箭头操作符

它的左侧指定了 lambda 表达式需要的参数
它的右侧指定了 lambda 体，即 lambda表达式要执行的动作
Java 定义了两种 lambda体。一种只包含单独的一个表达式，一种包含一个代码块，下面将先介绍第一种

1.2 表达式 lambda （lambda体只包含一个表达式）

lambda表达式不能独立执行，它的目的是实现一个函数式接口中的抽象方法。只有在定义了 lambda表达式类型的上下文中，才能使用该表达式。所以要想使用 lambda表达式，就必须先有函数式接口。下面是一个简单的例子。

1. 先定义一个自己的函数式接口

//定义一个自己的函数式接口，用于对两个数进行计算
public interface MyCalculator {
    double calculate(double a, double b);
}

2. 创建一个 MyCalculater 类型的引用，创造定义了 lambda表达式类型的上下文，以使用 lambda表达式

MyCalculator calculator;
calculator = (a, b) -> a + b;

• -> 左边括号内对应接口内 calculate(double a, double b)的两个参数
• -> 右边的表达式则为 calculate 的实现

3. 随后调用 calculate方法来获取计算结果

System.out.println(calculator.calculate(30, 6));

• 控制台将输出 36.0

4. 完整的例子

        MyCalculator plus = (a, b) -> a + b;
        System.out.println(plus.calculate(30,6));
        MyCalculator sub = (a, b) -> a - b;
        System.out.println(sub.calculate(30,6));
        MyCalculator mul = (a, b) -> a * b;
        System.out.println(mul.calculate(30,6));
        MyCalculator div = (a, b) -> a / b;
        System.out.println(div.calculate(30,6));

• 控制台将输出 36.0 24.0 180.0 5.0

注意事项

• -> 左边的参数必须匹配要实现方法的形参
  • 参数数量必须相等，Java将自动匹配类型
• -> 右边表达式的类型必须和要实现方法的返回类型兼容
• 只有一个参数时可以省略括号 如 n -> n+1;
• 可以为参数指定类型，但是指定的类型必须和实现方法的形参兼容
  • 如 (int a, int b) -> a+b;
  • (int a, b) -> a+b;是非法的，只要为一个参数指定了类型，那么就必须为所有参数都指定类型

1.3 块 lambda （lambda体是一个代码块）

lambda表达式的 lambda体还可以是一个代码块
它需要显式的使用 return 语句来返回值

例子：

        MyNum cNum = (a, b) -> {
            int result = 1;
            for (int i = b, j = a; i > 0; i--, j--) {
                result *= j;
            }
            for (int i = 2; i <= b; i++) {
                result /= i;
            }
            return result;
        };
        MyNum aNum = (a, b) -> {
            int result = 1;
            for (int i = b, j = a; i > 0; i--, j--) {
                result *= j;
            }
            return result;
        };

        System.out.println(aNum.calculate(5, 2));
        System.out.println(cNum.calculate(5, 2));

aNum 保存了排列数的计算方法，cNum保存了组合数的计算方法
控制台将输出20.0 10.0

2 lambda表达式关联泛型函数式接口

因为 lambda表示式自身不能指定类型参数，所以lambda表达式不能实现一个泛型函数

例如下面的函数式接口无法使用 lambda表达式

// 无法使用 lambda表达式
public interface MyNum {
    <T> T calculate(T a, T b);
}

但是可以使用泛型函数式接口

// 可以使用 lambda表达式
public interface MyNum<T> {
    T calculate(T a, T b);
}

例子

        MyNum<Integer> intDiv = (a, b) -> {
            int result;
            result = a / b;
            return result
        };
        MyNum<Double> doubleDiv = (a, b) -> {
            double result;
            result = a / b;
            return result;
        };

        System.out.println(intDiv.calculate(5, 2));
        System.out.println(doubleDiv.calculate(5.0, 2.0));

控制台将输出 2 2.5

3 将 lambda表达式作为参数

作为参数传递 lambda表达式是一种常见而强大的用途，这可以将可执行代码作为参数传递给方法

例子：

Thread thread = new Thread(() -> {
    int time = 60;
    while (time >= 0){
        System.out.println(time);
        time--;
        Thread.sleep(1000);
    }
});
thread.start();

• 这个例子新建并启动了一个新的线程用于 60秒倒计时
• 调用了 Thread 的 构造函数 Thread(Runnable target)
• lambda表达式实现了 Runnable 接口中的 run() 方法
• 当 lambda看上去很长，不适合直接放在实参中时，可以先赋值给一个接口引用，然后将引用当作实参

4 lambda表达式和异常

可以在 lambda表达式中抛出异常。但是如果抛出的是需要检查的异常（即必须用try捕获或者用throws继续抛出的异常）该异常就必须于实现方法的throws列出的异常兼容

例子：

1. 建立函数式接口和异常类

public class ZeroException extends Exception {
    public ZeroException(){
        super();
    }
}

public interface MyNum {
    int calculate(int a, int b) throws ZeroException;
}

2. 使用 lambda表达式

MyNum div = (a, b) -> {
    if (b == 0){
        throw new ZeroException();
    }
    return a / b;
};

5 lambda表达式和变量捕获

在 lambda表达式中可以使用其外层作用域定义的变量。

可以操作外层类的静态变量、静态函数，还可以通过显式或隐式地访问this来操作实例变量和函数。

但是，当在 lambda表达式内使用外层的 局部变量 时，会发生变量捕获

该局部变量需要满足：

• 声明为 final
• 或者在被声明后没有进行任何修改（即就像声明为final一样）

否则将编译失败

6 方法引用

方法引用是一种引用方法而不执行方法的方式，与lambda表达式相关
它也需要由兼容的函数式接口构成的目标类型上下文

执行方法时，方法引用也会创建函数式接口的一个实例
函数引用使用分隔符::

6.1 静态方法的方法引用

使用静态方法引用：

类名::静态方法名

例子：

1. 建立函数式接口和静态方法

public class Calculator {
    public static int plus(int a, int b){
        return a + b;
    }
}

public interface MyNum {
    int calculate(int a, int b);
}

2. 使用静态方法引用

MyNum myNum = Calculator::plus;
System.out.println(myNum.calculate(2, 5));

控制台输出7

之所以可以将该静态方法引用赋值给MyNum类型的引用是因为它与MyNum中的calculate方法拥有兼容的形参列表和返回类型

6.2 实例方法的方法引用

使用实例方法引用：

实例引用名::实例方法名

• 实例引用名可以使用this和super

使用方法和上面的静态方法引用基本一致，举例略

另一种实例方法引用：

类名::实例方法名

使用这种引用方法时，对应的函数式接口的抽象方法的第一个参数必须为目标实例的类型，其余的参数和实例方法的参数一一对应

例子：

1. 建立函数式接口和实例方法

public class Calculator {
    public int plus(int a, int b){
        return a + b;
    }
}

public interface MyNum {
    int calculate(Calculator calculator, int a, int b);
}

2. 使用另一种实例方法引用

Calculator calculator = new Calculator();
MyNum myNum = Calculator::plus;
System.out.println(myNum.calculate(calculator, 2, 5));

控制台输出7

6.3 泛型中的方法引用

引用泛型类中的方法或泛型方法：

类名<泛型类的类型参数>::<泛型方法的类型参数>方法名

• 泛型方法的类型参数一般可以省略，会被自动推断出

使用方法和上面的静态方法引用、实例方法引用基本一致，举例略

6.4 构造函数引用

使用构造函数引用：

类名::new

• 如果重载了多个构造函数，Java会自动选择和目标函数式接口兼容的版本

使用方法和上面的静态方法引用、实例方法引用基本一致，举例略

7 附录

7.1 提供了目标类型上下文的例子

• 下面例子中的 lambda表达式实现了 Runnable 接口中的 run() 方法

1. 变量初始化或赋值

Runnable runnable = () -> System.out.println("建立了新的线程");

2. 参数传递

Thread thread = new Thread(() -> System.out.println("建立了新的线程"));

3. 强制类型转换

Object runnable = (Runnable) () -> System.out.println("建立了新的线程");

4. 三元运算符（?:）

boolean finishFlag;
......
Thread thread = new Thread(finishFlag ? 
        () -> System.out.println("工作已完成，开始收尾工作") :
        () -> System.out.println("工作未完成，继续工作")); 

5. 数组初始化

Runnable[] runnable = new Runnable[]{
        () -> System.out.println("建立新线程去吃苹果"),
        () -> System.out.println("建立新线程去吃梨子"),
        () -> System.out.println("建立新线程去吃西瓜"),
};

6. return 语句

Runnable getRunnable(){
	return () -> System.out.println("建立新线程");
}

7. 在 lambda表达式的参数中使用 lambda表达式

略