Java SE基础巩固（十五）：lambda表达式

1 概述

Java8据说是Java诞生以来最大的一次演进，说实话，对我个人来说没有什么特别大的感受，因为我学Java也就最近一两年的事，Java8在2014年3月18日发布，新增的特性确实非常惊艳，在语言特性层面上新增了lambda，Optional，默认方法，Stream API等，在虚拟机层面上新增了G1收集器（不过在Java9之后才改为默认的垃圾收集器）......

我个人认为Java8和语言相关的几个最重要的特性是如下几个：

• lambda表达式和方法引用（其实是lambda表达式的一种特例）
• Stream API
• 接口的默认方法
• Optinal
• CompletableFuture

本系列文章的后面几篇文章会围绕这几个主题来展开，今天就先上个开胃菜，lambda表达式！

2 什么是lambda表达式

lambda表达式也叫做匿名函数，其基于著名的λ演算得名，关于λ演算，推荐大家去找找关于“丘奇数”相关的资料。Java一直被人诟病的一点就是“啰嗦”，通常为了实现一个小功能，就不得不编写大量的代码，而用其他的语言例如Python等，也许寥寥几行代码就解决了，但支持lambda表达式之后，这一情况得到了大大的改善，现在只要使用得当，可以大大缩减代码里，使代码的目的更加清晰，易读，纯粹。

在Java中，很多时候在使用一些API的时候，必须要给出一些接口的实现，但因为该实现其实也就用一次，专门去创建一个新的实现类并不划算，所以一般大多数人采取的措施应该是创建一个匿名实现类，比较典型就是Collections.sort(List<T> list, Comparator<? super T> c)方法，该方法接受一个Comparator类型的参数，Comparator是一个接口，表示“比较器”，如果要使用该方法对集合元素进行排序，就必须提供一个Comparator接口的实现，否则无法通过编译。如下所示：

Collections.sort(numbers, new Comparator<Integer>() {
    @Override
    public int compare(Integer o1, Integer o2) {
        return o1.compareTo(o2);
    }
});

其实这个实现类的核心只有一行，即return o1.compareTo(o2);但我们却不得不编写其他“啰嗦”的代码，如果使用lambda表达式，会是怎么个样子呢？

Collections.sort(numbers, (n1, n2) -> n1.compareTo(n2));

没错，就是那么简单粗暴，就是一行核心代码。其他的比如方法签名啥的统统可以省略了，不仅简洁，而且语义也更加清晰，读起来就好像是说：“sort方法，帮我吧numbers这个序列排个序，排序规则就按照n1.compareTo(n2)的返回值来决定”。现在，是不是感觉，写代码就像在和计算机对话一样简单？但(n1, n2) -> n1.compareTo(n2)这玩意是个什么鬼？还带个箭头？不用着急，下面马上介绍lambda表达式的语法。

2.1 lambda表达式的语法

FsV8BQ.png

• 第一部分是lambda的参数列表，因为Comparator.compare()方法接受两个参数，所以这里给出两个参数n1和n2，可以省略具体的类型，Java编译器会自动推断。
• 第二部分是箭头，没什么特殊的地方，只是Java语言觉得使用这个，各个语言的实现也不太一样，例如Python是:号，简单理解的就当是把参数列表和函数主体分开的东西吧。
• 第三部分就是函数主体，也就是真正执行逻辑的地方。

如果函数主体仅仅包含一行代码，可以省略花括号{}和return关键字（如果有的话）。对于我们的例子，可以改写成这样：

Collections.sort(numbers, (n1, n2) -> {return n1.compareTo(n2);});

注意分号！因为此时return n1.compareTo(n2);就是一条普通的Java语句了，必须遵守Java的语法规则。好了，尽管我们现在明白了lambda语句的语法规则，但还有一个关键的问题，就是为什么要这样写，换句话说，为什么要有俩参数，这return又是几个意思？还有到底哪里才可以使用lambda表达式？说到这，就不得不说一下和lambda息息相关的东西了：函数式接口。

3 函数式接口

函数式接口是这样的：只有一个抽象方法的接口就是函数式接口。为什么要特别强调抽象方法呢？Java接口里声明的方法不都是抽象方法吗？在Java8之前，这么说确实没有任何问题，但Java8新增了接口的默认方法，可以在接口里给出方法的具体实现，这里先不多说，后面的文章会详细讨论这个东西。

lambda表达式仅可以用在函数式接口上，我们在上面遇到的Comparator就是一个函数式接口，他只有一个抽象方法：compare()，其方法签名是这样的：

int compare(T o1, T o2);

现在来看看 (n1, n2) -> n1.compareTo(n2)这个表达式，是不是发现了什么？没错，其实lambda表达式的参数列表就是对应的函数式接口的抽象方法的参数列表，并且类型可以省略（编译器自动推断），然后n1.compareTo(n2)的返回值是int类型，也符合compare()的方法描述。这样就算是把lambda表达式和接口的抽象方法签名匹配成功了，不会出现编译错误。

除此之外，Runnable也是一个函数式接口，它只有一个抽象方法，即run()，run()方法的方法签名如下所示：

public abstract void run();

不接受任何参数，也没有返回值。那如果要编写对应的lambda表达式，该如何做呢？其实非常简单，下面是一个示例：

Runnable r = () -> {
    System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    //do something
};

如果观察仔细的话，会发现，示例代码中把这个lambda表达式赋值给了Runnable类型的变量r！经过上面的讨论，我们知道，其实lambda就是一个方法实现（其实叫做函数会更加合适），这条赋值语句看起来就好像是再说：“把方法（函数）赋值给变量！”。如果没有接触过函数式编程，会觉得这样很奇怪，怎么能把方法赋值给变量呢？计算机就是这样有意思，总是有各种各样奇奇怪怪的东西冲击我们的思维！那这有什么用呢？咱先不说什么高阶函数，科里化啥的（这些是函数式编程里的概念），就说一点：意味着我们可以把方法（函数）当做变量来使用！即现在方法就是Java世界里的“一等公民”了！既可以将其作为参数传递给其他方法（函数），还可以将其作为其他方法（函数）的返回值（以后会讲到具体的案例）

4 策略模式

策略模式是著名的23种设计模式中的一种，关于它的描述，我这里就不多说了。直接来看个例子吧。

例子是这样的，现在有一个代表汽车的Car类以及一个Car列表，现在我们想要筛选列表中符合要求的汽车，为了应对多变的筛选方法，我们打算用策略模式来实现功能。

下面是Car类的代码：

public class Car {

    //品牌
    private String brand;

    //颜色
    private Color color;

    //车龄
    private Integer age;
    
    //三个参数的构造函数以及setter和getter
    
    //颜色的枚举
    public enum Color {
        RED,WHITE,PINK,BLACK,BLUE;
    }
}

//包含Car对象的列表
List<Car> cars = Arrays.asList(
        new Car("BWM",Car.Color.BLACK, 2),
        new Car("Tesla", Car.Color.WHITE, 1),
        new Car("BENZ", Car.Color.RED, 3),
        new Car("Maserati", Car.Color.BLACK,1),
        new Car("Audi", Car.Color.PINK, 5));

我们希望用一个方法来封装筛选的逻辑，其方法签名伪代码如下所示：

cars carFilter(cars, filterStrategy);

接下来实现策略模式，下面是相关的代码：

public interface CarFilterStrategy {
    boolean filter(Car car);
}

public class BWMCarFilterStrategy implements CarFilterStrategy {
    @Override
    public boolean filter(Car car) {
        return "BWM".equals(car.getBrand());
    }
}

public class RedColorCarFilterStrategy implements CarFilterStrategy {

    @Override
    public boolean filter(Car car) {
        return Car.Color.RED.equals(car.getColor());
    }
}

为了简单，仅仅实现了两种筛选策略，第一种是删选出品牌是“BWM”的汽车，第二种是删选出颜色为红色的汽车。最后来实现carFilter方法，如下所示：

private static List<Car> carFilter(List<Car> cars, CarFilterStrategy strategy) {
    List<Car> filteredCars = new ArrayList<>();
    for (Car car : cars) {
        if (strategy.filter(car)) {
            filteredCars.add(car);
        }
    }
    return filteredCars;
}

最后的最后是测试代码：

public static void main(String[] args) {
    System.out.println(carFilter(cars, new BWMCarFilterStrategy()));
    System.out.println("----------------------------------------");
    System.out.println(carFilter(cars, new RedColorCarFilterStrategy()));
}

分别实例化两个策略，将其作为参数传递给carFilter()方法，最终的输出如下所示：

[Car{brand='BWM', color=BLACK, age=2}]
----------------------------------------
[Car{brand='BENZ', color=RED, age=3}]

确实符合预期。是不是就到此为止了呢？当然不！我们发现，其实BWMCarFilterStrategy以及RedColorCarFilterStrategy的实现代码都非常简单，仅仅寥寥几行代码，而且CarFilterStrategy接口仅仅有一个filter抽象方法，显然是一个函数式接口，那我们能不能用lambda表达式来简化呢？答案是：完全可以！而且更加推荐用lambda表达式来简化这种情况。

4.1 用lambda表达式来简化代码

只要略微做一些修改就行了：

System.out.println(carFilter(cars, car -> "BWM".equals(car.getBrand())));
System.out.println("----------------------------------------");
System.out.println(carFilter(cars, car -> Car.Color.RED.equals(car.getColor())));

这里不再使用BWMCarFilterStrategy以及RedColorCarFilterStrategy两个类了，直接用lambda表达式就行了！最后把这俩实现删除掉！是不是顿时感觉整个项目的代码清爽了许多？

4.2 需要注意的

其实本小节的例子有些过于特殊了，如果你项目中的策略模式的实现非常复杂，其策略不是简简单单的几行代码就能解决的，此时要么进一步封装代码，要么就最好不要用lambda表达式了，因为如果逻辑复杂的话，强行使用lambda不仅仅不能简化代码，反而会使得代码更加晦涩。

5 方法引用

最后简单讲一下方法引用吧，方法引用其实是lambda表达式的一种特殊情况的表示，语法规则是：

<class name or instance name>:<method name>

如果lambda表达式的主体逻辑仅仅是一个调用方法的语句的话，那么就可以将其转换为方法引用，如下所示：

//普通的lambda表达式
numbers.forEach(n -> System.out.println(n));
//转换成方法引用
numbers.forEach(System.out::println);

他俩效果是完全一样的，但显然方法引用更加简洁，语义也更加明确了，这一语法糖“真香！”。具体的我就不多说了，建议看看《Java8 实战》一书，里面有非常非常详细的介绍。

6 小结

本文简单介绍了lambda表达式的语法以及使用。lambda表达式确实能大大简化原本复杂啰嗦的Java代码，而且更加灵活，语义也更加清晰明了，写代码的时候就好像用自然语言和计算机对话一样！但也不是哪里都能使用的，一个最基本的要求就是：其放置的位置要对应着一个函数式接口。函数式接口即只有一个抽象方法的接口，例如Comparator，Runnable等。除此之外，使用lambda表达式的时候，其主体逻辑最好不要超过10行，否则最好还是换一种方式来实现，这里10行并不是那么严格，具体情况还要具体分析。方法引用是一种特殊情况下的lambda表达式的表示方法，可以理解为是lambda的一个语法糖，其语义更加明确，语法也更加简洁，用起来还是非常舒服的！

最后，作为一个补充，来简单看看JDK内置的一些通用性比较强的函数式接口，这些接口都在java.util.function包下，我没数过，咋一看估计得有40多个吧。常用的有Function，Predicate，Consumer，Supplier等。Function的抽象方法的方法签名如下所示：

R apply(T t); //T,R是泛型

简单从语义上来看，就是传入一个T类型的值，然后apply函数将其转换成R类型的值，即一对一映射。其他的接口就不做介绍了。

7 参考资料

《Java8 实战》

阿隆佐.丘奇的天才之作——lambda演算中的数字