从初学者到专家：Java的Lambda表达式完整指南

今天药忘吃喽~ 2024-04-26 01:42 6阅读 0赞

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### 一.Lambda的概念 ###

**概念：**Lambda表达式是Java 8引入的一项重要功能，它允许我们以更简洁和灵活的方式编写代码。可以把Lambda表达式看作是一种更方便的匿名函数，可以像数据一样传递和使用。

使用Lambda表达式可以让我们写出更短、更易读的代码。它可以替代传统的匿名类，使代码更加简洁。Lambda表达式还支持函数式编程，这意味着我们可以将函数作为参数传递给其他方法，使得代码更加灵活和可扩展。

#### **1.1 Lambda****表达式的语法** ####

**基本语法: (parameters) -> expression 或 (parameters) ->\{ statements; \}**

Lambda表达式由三部分组成：

1.  **paramaters**：类似方法中的形参列表，这里的参数是函数式接口里的参数。这里的参数类型可以明确的声明也可不声明而由JVM隐含的推断。另外当只有一个推断类型时可以省略掉圆括号。 
2.  **->**：可理解为“被用于”的意思 
3.  **方法体**：可以是表达式也可以代码块，是函数式接口里方法的实现。代码块可返回一个值或者什么都不反回，这里的代码块块等同于方法的方法体。如果是表达式，也可以返回一个值或者什么都不反回。

根据上面的语法，理解下面的代码：

1.  **对于只有单个表达式的Lambda表达式：**

>     import java.util.Arrays;
>     import java.util.List;
>     public class LambdaExample {
>         public static void main(String[] args) {
>             List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);
>     
>             // Lambda表达式作为参数传递给forEach方法
>             numbers.forEach(number -> System.out.print(number+" "));
>         }
>     }
> 
> 运行截图如下：
> 
> ![967f1263bfc6494fab889adb6c8f1016.png][]
> 
> 这个示例首先创建了一个整数列表 `numbers`。然后，通过调用 `forEach` 方法并传递一个 Lambda 表达式作为参数，对列表中的每个元素执行操作。

**2.对于包含多个语句的Lambda表达式：**

>     import java.util.Arrays;
>     import java.util.List;
>     public class LambdaExample {
>         public static void main(String[] args) {
>             List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);
>     
>             // Lambda表达式使用多个语句块
>             numbers.forEach(number -> {
>                 int doubled = number * 2;
>                 System.out.println(number + " doubled: " + doubled);
>             });
>         }
>     }
> 
> 运行截图：
> 
> ![d7b5a0f28e334d629d8ca4edc93873d4.png][]
> 
> Lambda 表达式**使用了一个语句块**，首先计算每个数字的两倍值，并打印原始数字和计算结果。

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#### **1.2** **函数式接口**  ####

要了解 Lambda 表达式 , 首先需要了解什么是函数式接口，函数式接口定义：一个接口有且只有一个抽象方法 。

**注意：**

1.  **如果一个接口只有一个抽象方法，那么该接口就是一个函数式接口** 
2.  如果我们在某个接口上声明了 @FunctionalInterface 注解，那么编译器就会按照函数式接口的定义来要求该接口，这样如果有两个抽象方法，程序编译就会报错的。所以，从某种意义上来说，只要你保证你的接口中只有一个抽象方法，你可以不加这个注解。加上就会自动进行检测的。

举个简单的例子：假设我是一位厨师，需要有一位助手来帮我。你给助手提供了一个简单的任务：切洋葱。你告诉助手只需要进行切洋葱的操作，其他的工作你会负责。

在这个例子中，我们可以将这个任务看作是一个接口，而助手则是接口的实现者。这个接口定义了一个方法，即切洋葱的操作。

代码案例：

// 定义一个函数式接口
    @FunctionalInterface
    interface Task {
    //注意只能有一个方法
        void perform();
    }
    
    public class LambdaExample {
        public static void main(String[] args) {
            // 创建一个助手对象，使用Lambda表达式实现任务
            Task assistant = () -> System.out.println("助手正在切洋葱...");
    
            // 调用厨师的方法，传递助手对象执行任务
            cookMeal(assistant);
        }
    
        public static void cookMeal(Task task) {
            // 准备食材
            System.out.println("准备食材...");
    
            // 执行任务
            task.perform();
    
            // 煮菜
            System.out.println("开始烹饪...");
        }
    }

运行截图：

![b96ad216147a409697b787f2433340f4.png][]

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**如果我在接口再定义一个方法，则会报错。**  
![b215800aae874ddcaa7822b1ada5cf45.png][]

**但是有另外一种情况可以：**

在Java 8之前，接口中只能包含抽象方法，也就是没有具体的实现。但是，**Java 8引入了默认方法的概念，允许在接口中定义具有默认实现的方法。默认方法使用`default`关键字进行修饰。**

由于接口中的默认方法拥有具体的实现，所以你可以直接在接口中调用它们。在实现该接口的类中，可以选择是否覆盖默认方法，如果没有覆盖，默认方法会被继承并直接使用。

现在我在接口定义一个washVegetables（）的默认方法。

package demo1;
    
    // 定义一个函数式接口
    @FunctionalInterface
    interface Task {
        void perform();
    
        default void washVegetables() {
            System.out.println("助理2，帮我洗菜即可");
        }
    }
    
    public class Chef {
        public static void main(String[] args) {
            // 创建一个助手对象，使用Lambda表达式实现任务
            Task assistant1 = () -> {
                System.out.println("助手1正在切洋葱...");
                Task assistant2 = new Task() {
                    @Override
                    public void perform() {
                        washVegetables();
                    }
                };
                assistant2.perform();
            };
    
            // 调用厨师的方法，传递助手对象执行任务
            cookMeal(assistant1);
        }
    
        public static void cookMeal(Task task) {
            // 准备食材
            prepareIngredients();
    
            // 执行任务
            task.perform();
    
            // 煮菜
            startCooking();
        }
    
        public static void prepareIngredients() {
            System.out.println("准备食材...");
        }
    
        public static void startCooking() {
            System.out.println("开始烹饪...");
        }
    }

我们将助理1的任务修改为先切洋葱，然后在切洋葱完成后创建一个新的助理2对象，该对象通过实现`Task`接口并重写`perform`方法来调用`washVegetables`默认方法。然后，我们调用助理2的`perform`方法来执行洗菜操作。

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### 二. **Lambda****表达式的基本使用** ###

#### **2.1函数接口的六种情况** ####

首先，我们实现准备好几个接口：

//无返回值无参数
    @FunctionalInterface
    interface NoParameterNoReturn {
    void test();
    }
    //无返回值一个参数
    @FunctionalInterface
    interface OneParameterNoReturn {
    void test(int a);
    }
    //无返回值多个参数
    @FunctionalInterface
    interface MoreParameterNoReturn {
    void test(int a,int b);
    }
    //有返回值无参数
    @FunctionalInterface
    interface NoParameterReturn {
    int test();
    }
    //有返回值一个参数
    @FunctionalInterface
    interface OneParameterReturn {
    int test(int a);
    }
    //有返回值多参数
    @FunctionalInterface
    interface MoreParameterReturn {
    int test(int a,int b);
    }

**语法精简：**

**1. 参数类型可以省略，如果需要省略，每个参数的类型都要省略。**

**2. 参数的小括号里面只有一个参数，那么小括号可以省略**

**3. 如果方法体当中只有一句代码，那么大括号可以省略**

**4. 如果方法体中只有一条语句，且是return语句，那么大括号可以省略，且去掉return关键字。**

**1.无返回值无参数的函数式接口**

>     @FunctionalInterface
>     interface NoParameterNoReturn {
>         void test();
>     }
>     
>     public class TestDemo {
>         public static void main(String[] args) {
>             // 无参数无返回值的函数式接口
>             NoParameterNoReturn noParameterNoReturn = () -> {
>                 System.out.println("无参数无返回值");
>             };
>             noParameterNoReturn.test();
>         }
>          
>     }
> 
> **运行截图：**
> 
> ![49774dc7b5674e4aaea22ba113304380.png][]

--------------------

**2.一个参数无返回值的函数式接口**

>     @FunctionalInterface
>     interface OneParameterNoReturn {
>         void test(int a);
>     }
>     public class TestDemo {
>         public static void main(String[] args) {
>                OneParameterNoReturn oneParameterNoReturn = (int a) -> {
>                 System.out.println("一个参数无返回值：" + a);
>             };
>             oneParameterNoReturn.test(10);
>          
>     }
> 
> 运行截图：
> 
> ![97dbd094d45d48fbb6a06e90c61fd49e.png][]

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**3.多个参数无返回值的函数式接口**

>     @FunctionalInterface
>     interface MoreParameterNoReturn {
>         void test(int a, int b);
>     }
>     public class TestDemo {
>         public static void main(String[] args) {
>                // 多个参数无返回值的函数式接口
>             MoreParameterNoReturn moreParameterNoReturn = (int a, int b) -> {
>                 System.out.println("多个参数无返回值：" + a + " " + b);
>             };
>             moreParameterNoReturn.test(20, 30);
>          
>     }
> 
> 运行截图：
> 
> ![492e5ffb32fb4275a231f04a4f75092e.png][]

--------------------

**4.有返回值无参数的函数式接口**

>     @FunctionalInterface
>     interface NoParameterReturn {
>         int test();
>     }
>     public class TestDemo {
>         public static void main(String[] args) {
>               NoParameterReturn noParameterReturn = () -> {
>                 System.out.println("有返回值无参数！");
>                 return 40;
>             };
>             int ret = noParameterReturn.test();
>             System.out.println(ret);
>          
>     }
> 
> 运行截图：
> 
> ![2f8693db014d4f7794af18013ebc2309.png][]

--------------------

**5.有返回值一个参数的函数式接口**

>     @FunctionalInterface
>     interface OneParameterReturn {
>         int test(int a);
>     }
>     public class TestDemo {
>         public static void main(String[] args) {
>              OneParameterReturn oneParameterReturn = (int a) -> {
>                 System.out.println("有返回值有一个参数！");
>                 return a;
>             };
>            int ret = oneParameterReturn.test(50);
>             System.out.println(ret);
>          
>     }
> 
> 运行截图：
> 
> ![7bdcbcb502034864af304ce322fdf3d9.png][]

--------------------

**6.有返回值多个参数的函数式接口**

>     @FunctionalInterface
>     interface MoreParameterReturn {
>         int test(int a, int b);
>     }
>     public class TestDemo {
>         public static void main(String[] args) {
>              MoreParameterReturn moreParameterReturn = (int a, int b) -> {
>                 System.out.println("有返回值多个参数！");
>                 return a + b;
>             };
>             int ret = moreParameterReturn.test(60, 70);
>             System.out.println(ret);
>          
>     }
> 
> 运行截图：
> 
> ![20fda4b61e384be6bdb4fb325f59e04f.png][]

#### 2.2匿名内部类变量捕获 ####

Lambda  表达式中存在变量捕获 ，了解了变量捕获之后，我们才能更好的理解 Lambda  表达式的作用域 。 Java 当中的匿名类中，会存在变量捕获。

什么是匿名内部类？

匿名内部类就是没有名字的内部类 。我们这里只是为了说明变量捕获，所以，匿名内部类只要会使用就好，那么下面我们来，简单的看看匿名内部类的使用就好了。

**代码案例一**

interface MyFunction {
        void printValue();
    }
    
    public class Example {
        public static void main(String[] args) {
            int x = 10; // 外部作用域的变量
    
            MyFunction myFunction = new MyFunction() {
                @Override
                public void printValue() {
                    // 引用外部作用域的变量x
                    System.out.println("x: " + x);
                }
            };
    
            x = 20; // 修改外部作用域的变量x
    
            myFunction.printValue(); // 输出捕获的变量x，结果为20
        }
    }

我们定义了一个函数式接口`MyFunction`，其中包含了一个抽象方法`printValue()`。然后，我们创建了一个匿名内部类实现了该接口，并在实现中引用了外部作用域中的变量`x`，并打印出其值。

--------------------

**代码案例二**

interface Shape {
        void draw();
    }
    
    public class Example {
        public static void main(String[] args) {
            final int x = 10; // 外部作用域的变量
    
            Shape shape = new Shape() {
                @Override
                public void draw() {
                    System.out.println("Drawing a shape with x = " + x);
                }
            };
    
            shape.draw(); // 使用匿名内部类重写的draw()方法进行绘制
        }
    }

我们定义了一个`Shape`接口，其中包含了一个抽象方法`draw()`。然后，我们使用匿名内部类实现了该接口，并在实现中引用了外部作用域中的变量`x`。在`draw()`方法中，我们打印出了变量`x`的值。

#### 2.3**Lambda****的变量捕获**  ####

Lambda表达式可以捕获外部作用域的变量，这使得Lambda表达式可以访问和操作外部作用域中的变量。捕获的变量在Lambda表达式中被视为"有效final"，即虽然没有显式声明为`final`，但它们在Lambda表达式中不能被修改。

代码案例：

@FunctionalInterface
    interface NoParameterNoReturn {
        void test();
    }
    
    public class TestDemo {
        @FunctionalInterface
        interface NoParameterNoReturn {
            void test();
        }
        public static void main(String[] args) {
            int a = 10;
            NoParameterNoReturn noParameterNoReturn = ()->{
           
                System.out.println("捕获变量："+a);
            };
            noParameterNoReturn.test();
        }
    
    }

运行截图：

![7a6a0e91c114459cb20a26ae4cd95d3a.png][]

**现在我要修改变量a =99**

则

![32201e4e795940548e5d41b60c8ecf09.png][]

--------------------

### 三.**Lambda****在集合当中的使用** ###

为了能够让 Lambda 和 Java 的集合类集更好的一起使用，集合当中，也新增了部分接口，以便与 Lambda 表达式对接。

**以下是对应接口的常用方法及其使用：**

![e189480b80164be6aea674dc1833ea3e.png][]

####  3.1**Collection接口** ####

**forEach()方法**

> **使用 `forEach()` 方法可以方便地遍历集合中的元素，并对每个元素执行自定义操作，从而简化了对集合的处理过程。**
> 
>     List<String> fruits = Arrays.asList("Apple", "Banana", "Orange");
>     
>     fruits.forEach(fruit -> System.out.println("I like " + fruit));
>     
>     // 输出结果：
>     // I like Apple
>     // I like Banana
>     // I like Orange

--------------------

**removeIf() 方法**

> **`removeIf(Predicate<? super E> filter)`：使用Lambda表达式来移除集合中满足特定条件的元素。`Predicate`接口的Lambda表达式用于定义过滤条件。**
> 
>     List<Integer> numbers = new ArrayList<>(Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5));
>     
>     numbers.removeIf(n -> n % 2 == 0); // 移除所有偶数
>     
>     // 输出结果：[1, 3, 5]
>     System.out.println(numbers);

--------------------

**spliterator() 方法**

> **返回一个可用于并行迭代集合的`Spliterator`对象。`Spliterator`接口的`forEachRemaining()`方法可以与Lambda表达式一起使用，对集合中的每个元素执行特定操作。**
> 
>     List<String> fruits = Arrays.asList("Apple", "Banana", "Orange");
>     
>     Spliterator<String> spliterator = fruits.spliterator();
>     spliterator.forEachRemaining(fruit -> System.out.println(fruit));
>     
>     // 输出结果：
>     // Apple
>     // Banana
>     // Orange

--------------------

**stream()方法**

> **返回一个顺序流，用于对集合中的元素进行顺序操作。可以与`forEach()`方法结合使用，对集合中的每个元素执行特定操作。**
> 
>     List<String> names = Arrays.asList("Alice", "Bob", "Charlie");
>     
>     names.stream()
>          .forEach(name -> System.out.println("Hello, " + name));
>     
>     // 输出结果：
>     // Hello, Alice
>     // Hello, Bob
>     // Hello, Charlie

--------------------

**parallelStream() 方法**

> 返回一个并行流，用于对集合中的元素进行并行操作。可以与`forEach()`方法结合使用，对集合中的每个元素执行特定操作。  
> 
> 
>     List<String> names = Arrays.asList("Alice", "Bob", "Charlie");
>     
>     names.parallelStream()
>          .forEach(name -> System.out.println("Hello, " + name));
>     
>     // 输出结果：
>     // Hello, Alice
>     // Hello, Bob
>     // Hello, Charlie

--------------------

####  3.2**List接口**  ####

**replaceAll()方法**

> **使用Lambda表达式替换列表中的所有元素。**
> 
>     List<Integer> numbers = new ArrayList<>(Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5));
>     
>     numbers.replaceAll(n -> n * 2); // 将列表中的每个元素乘以2
>     
>     // 输出结果：[2, 4, 6, 8, 10]
>     System.out.println(numbers);

--------------------

**sort()方法**

> **使用Lambda表达式对列表进行排序。`Comparator`接口的Lambda表达式用于定义排序逻辑。**
> 
>     List<String> names = new ArrayList<>(Arrays.asList("Alice", "Bob", "Charlie"));
>     
>     names.sort((name1, name2) -> name1.compareToIgnoreCase(name2)); // 根据名称的字母顺序排序，忽略大小写
>     
>     // 输出结果：[Alice, Bob, Charlie]
>     System.out.println(names);

#### **3.3Map接口**  ####

**forEach()方法**

> **使用Lambda表达式对Map中的每个键值对执行特定的操作。`BiConsumer`接口的Lambda表达式用于定义操作逻辑，接受键和值作为参数。**
> 
>     Map<String, Integer> scores = new HashMap<>();
>     scores.put("Alice", 90);
>     scores.put("Bob", 80);
>     scores.put("Charlie", 95);
>     
>     scores.forEach((name, score) -> System.out.println(name + ": " + score));
>     
>     // 输出结果：
>     // Alice: 90
>     // Bob: 80
>     // Charlie: 95

--------------------

**replaceAll()方法**

> **使用Lambda表达式替换Map中的所有值。**
> 
>     Map<String, Integer> scores = new HashMap<>();
>     scores.put("Alice", 90);
>     scores.put("Bob", 80);
>     scores.put("Charlie", 95);
>     
>     scores.replaceAll((name, score) -> score + 5); // 将每个分数加上5
>     
>     System.out.println(scores);
>     
>     // 输出结果：
>     // {Alice=95, Bob=85, Charlie=100}

--------------------

**putIfAbsent()方法**

> **使用Lambda表达式在Map中插入键值对，仅当键不存在时才插入。Lambda表达式用于定义要插入的值，接受键作为参数。**
> 
>     Map<String, Integer> scores = new HashMap<>();
>     scores.put("Alice", 90);
>     scores.put("Bob", 80);
>     
>     scores.putIfAbsent("Charlie", 95); // 插入键值对"Charlie=95"
>     
>     System.out.println(scores);
>     
>     // 输出结果：
>     // {Alice=90, Bob=80, Charlie=95}

--------------------

**remove()方法**

> **使用Lambda表达式根据键和值从Map中移除指定的键值对。Lambda表达式用于定义要移除的值，接受键和当前值作为参数。**
> 
>     Map<String, Integer> scores = new HashMap<>();
>     scores.put("Alice", 90);
>     scores.put("Bob", 80);
>     scores.put("Charlie", 95);
>     
>     scores.remove("Alice", 90); // 移除键值对"Alice=90"
>     
>     System.out.println(scores);
>     
>     // 输出结果：
>     // {Bob=80, Charlie=95}

--------------------

**replace()方法**

> **使用Lambda表达式替换Map中指定键的值。Lambda表达式用于定义要替换的值，接受键和当前值作为参数。**
> 
>     Map<String, Integer> scores = new HashMap<>();
>     scores.put("Alice", 90);
>     scores.put("Bob", 80);
>     scores.put("Charlie", 95);
>     
>     scores.replace("Alice", 100); // 将键"Alice"的值替换为100
>     
>     System.out.println(scores);
>     
>     // 输出结果：
>     // {Alice=100, Bob=80, Charlie=95}

### 四.总结 ###

Lambda 表达式的优点很明显，在代码层次上来说，使代码变得非常的简洁。缺点也很明显，代码不易读。

**优点：**

*  代码简洁，开发迅速 
 *  方便函数式编程 
 *  非常容易进行并行计算 
 *  Java 引入 Lambda，改善了集合操作

**缺点：**

*  代码可读性变差 
 *  在非并行计算中，很多计算未必有传统的 for 性能要高 
 *  不容易进行调试

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