java8 lambda表达式详解

2022-02-24 03:36:56

Lambda初体验

首先我们看一下什么是lambda表达式。简单点说就是：一段带有输入参数的可执行语句块。

//这里省略list的构造
List<String> names = ...;
Collections.sort(names, (o1, o2) -> o1.compareTo(o2));

//这里省略list的构造
List<String> names = ...;
Collections.sort(names, new Comparator<String>() {
  @Override
  public int compare(String o1, String o2) {
    return o1.compareTo(o2);
  }
});

上面两段代码分别是：使用lambda表达式来排序和使用匿名内部类来排序。这个例子可以很明显的看出lambda表达式简化代码的效果。接下来展示lambda表达式和其好基友Stream的配合。

List<String> names = new ArrayList<>();
names.add("TaoBao");
names.add("ZhiFuBao");
List<String> lowercaseNames = names.stream().map((String name) -> {return name.toLowerCase();}).collect(Collectors.toList());

这段代码就是对一个字符串的列表，把其中包含的每个字符串都转换成全小写的字符串。注意代码第四行的map方法调用，这里map方法就是接受了一个lambda表达式（其实是一个java.util.function.Function的实例，后面会介绍）。

为什么需要Lambda表达式呢？在尝试回答这个问题之前，我们先看看在Java8之前，如果我们想做上面代码的操作应该怎么办。

先看看普通青年的代码：

List<String> names = new ArrayList<>();
names.add("TaoBao");
names.add("ZhiFuBao");
List<String> lowercaseNames = new ArrayList<>();
for (String name : names) {
  lowercaseNames.add(name.toLowerCase());
}

接下来看看文艺青年的代码（借助Guava）：

List<String> names = new ArrayList<>();
names.add("TaoBao");
names.add("ZhiFuBao");
List<String> lowercaseNames = FluentIterable.from(names).transform(new Function<String, String>() {
  @Override
  public String apply(String name) {
    return name.toLowerCase();
  }
}).toList();

在此，我们不再讨论普通青年和文艺青年的代码风格孰优孰劣（有兴趣的可以去google搜索“命令式编程vs声明式编程”）。本人更加喜欢声明式的编程风格，所以偏好文艺青年的写法。但是在文艺青年代码初看起来看起来干扰信息有点多，Function匿名类的构造语法稍稍有点冗长。所以Java8的lambda表达式给我们提供了创建SAM（Single Abstract Method）接口更加简单的语法糖。

Lambda语法详解

我们在此抽象一下lambda表达式的一般语法：

(Type1 param1, Type2 param2, ..., TypeN paramN) -> {
  statment1;
  statment2;
  //.............
  return statmentM;
}

从lambda表达式的一般语法可以看出来，还是挺符合上面给出的非精确版本的定义–“一段带有输入参数的可执行语句块”。

上面的lambda表达式语法可以认为是最全的版本，写起来还是稍稍有些繁琐。别着急，下面陆续介绍一下lambda表达式的各种简化版：

1. 参数类型省略–绝大多数情况，编译器都可以从上下文环境中推断出lambda表达式的参数类型。这样lambda表达式就变成了：

(param1,param2, ..., paramN) -> {
  statment1;
  statment2;
  //.............
  return statmentM;
}

所以我们最开始的例子就变成了（省略了List的创建）：

List<String> lowercaseNames = names.stream().map((name) -> {return name.toLowerCase();}).collect(Collectors.toList());

2. 当lambda表达式的参数个数只有一个，可以省略小括号。lambda表达式简写为：

param1 -> {
  statment1;
  statment2;
  //.............
  return statmentM;
}

所以最开始的例子再次简化为：

List<String> lowercaseNames = names.stream().map(name -> {return name.toLowerCase();}).collect(Collectors.toList());

3. 当lambda表达式只包含一条语句时，可以省略大括号、return和语句结尾的分号。lambda表达式简化为：

param1 -> statment

所以最开始的例子再次简化为：

List<String> lowercaseNames = names.stream().map(name -> name.toLowerCase()).collect(Collectors.toList());

4. 使用Method Reference(具体语法后面介绍)

//注意，这段代码在Idea 13.0.2中显示有错误，但是可以正常运行
List<String> lowercaseNames = names.stream().map(String::toLowerCase).collect(Collectors.toList());

Lambda表达式眼中的外部世界

我们前面所有的介绍，感觉上lambda表达式像一个闭关锁国的家伙，可以访问给它传递的参数，也能自己内部定义变量。但是却从来没看到其访问它外部的变量。是不是lambda表达式不能访问其外部变量？我们可以这样想：lambda表达式其实是快速创建SAM接口的语法糖，原先的SAM接口都可以访问接口外部变量，lambda表达式肯定也是可以（不但可以，在java8中还做了一个小小的升级，后面会介绍）。

String[] array = {"a", "b", "c"};
for(Integer i : Lists.newArrayList(1,2,3)){
  Stream.of(array).map(item -> Strings.padEnd(item, i, '@')).forEach(System.out::println);
}

上面的这个例子中，map中的lambda表达式访问外部变量Integer i。并且可以访问外部变量是lambda表达式的一个重要特性，这样我们可以看出来lambda表达式的三个重要组成部分：

输入参数
可执行语句
存放外部变量的空间

不过lambda表达式访问外部变量有一个非常重要的限制：变量不可变（只是引用不可变，而不是真正的不可变）。

String[] array = {"a", "b", "c"};
for(int i = 1; i<4; i++){
  Stream.of(array).map(item -> Strings.padEnd(item, i, '@')).forEach(System.out::println);
}

上面的代码，会报编译错误。因为变量i被lambda表达式引用，所以编译器会隐式的把其当成final来处理（ps：大家可以想象问什么上一个例子不报错，而这个报错。）细心的读者肯定会发现不对啊，以前java的匿名内部类在访问外部变量的时候，外部变量必须用final修饰。Bingo，在java8对这个限制做了优化（前面说的小小优化），可以不用显示使用final修饰，但是编译器隐式当成final来处理。

lambda眼中的this

在lambda中，this不是指向lambda表达式产生的那个SAM对象，而是声明它的外部对象。

方法引用（Method reference）和构造器引用（construct reference）

方法引用

前面介绍lambda表达式简化的时候，已经看过方法引用的身影了。方法引用可以在某些条件成立的情况下，更加简化lambda表达式的声明。方法引用语法格式有以下三种：

objectName::instanceMethod

ClassName::staticMethod

ClassName::instanceMethod

前两种方式类似，等同于把lambda表达式的参数直接当成instanceMethod|staticMethod的参数来调用。比如System.out::println等同于x->System.out.println(x)；Math::max等同于(x, y)->Math.max(x,y)。

最后一种方式，等同于把lambda表达式的第一个参数当成instanceMethod的目标对象，其他剩余参数当成该方法的参数。比如String::toLowerCase等同于x->x.toLowerCase()。

构造器引用

构造器引用语法如下：ClassName::new，把lambda表达式的参数当成ClassName构造器的参数。例如BigDecimal::new等同于x->new BigDecimal(x)。

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