Java基础：Lambda表达式

偏执的太偏执、 2024-03-31 17:32 92阅读 0赞

### **1. 函数式编程思想概述** ###

在数学中，**函数**就是有输入量、输出量的一套计算方案，也就是“拿什么东西做什么事情”。相对而言，面向对象过分强调“必须通过对象的形式来做事情”，而函数式思想则尽量忽略面向对象的复杂语法——**强调做什么，而不是以什么形式做。**

面向对象的思想：

做一件事情，找一个能解决这个事情的对象，调用对象的方法，完成事情。

函数式编程思想：

只要能获取到结果，谁去做的，怎么做的都不重要，重视的是结果，不重视过程。

### **2. 冗余的`Runnable`代码** ###

#### **2.1 传统写法** ####

当需要启动一个线程去完成任务时，通常会通过`java.lang.Runnable`接口来定义任务内容，并使用 `java.lang.Thread`类来启动该线程。代码如下：

package com.dcxuexi.java21;
    
    /***
     * @Title Runnable_Demo01
     * @Description TOTD
     * @Auter DongChuang
     * @Date 2022/12/11 11:07
     * @Version 1.0.0
     */
    public class Runnable_Demo01 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            // 匿名内部类
            Runnable task = new Runnable() {
        
                @Override
                public void run() {
         // 覆盖重写抽象方法
                    System.out.println("多线程任务执行！");
                }
            };
            new Thread(task).start(); // 启动线程
        }
    }

本着“一切皆对象”的思想，这种做法是无可厚非的：首先创建一个 Runnable 接口的匿名内部类对象来指定任务内容，再将其交给一个线程来启动。

#### **2.2 代码分析** ####

对于`Runnable`的匿名内部类用法，可以分析出几点内容：

*  `Thread`类需要`Runnable`接口作为参数，其中的抽象`run`方法是用来指定线程任务内容的核心；
 *  为了指定`run`的方法体，**不得不**需要`Runnable`接口的实现类；
 *  为了省去定义一个`RunnableImpl`实现类的麻烦，**不得不**使用匿名内部类；
 *  必须覆盖重写抽象`run`方法，所以方法名称、方法参数、方法返回值**不得不**再写一遍，且不能写错；
 *  而实际上，似乎**只有方法体才是关键所在。**

### **3. 编程思想转换** ###

#### **3.1 做什么，而不是怎么做** ####

我们真的希望创建一个匿名内部类对象吗？不。我们只是为了做这件事情而不得不创建一个对象。我们真正希望做的事情是：将`run`方法体内的代码传递给`Thread`类知晓。

**传递一段代码**——这才是我们真正的目的。而创建对象只是受限于面向对象语法而**不得不**采取的一种手段方式。

那，有没有更加简单的办法？如果我们将关注点从“怎么做”回归到“做什么”的本质上，就会发现只要能够更好地达到目的，过程与形式其实并不重要。

#### **3.2 生活举例** ####

![在这里插入图片描述][fa795f2af8f342f0a8008d53056a910e.png_pic_center]

当我们需要从北京到上海时，可以选择高铁、汽车、骑行或是徒步。我们的真正目的是到达上海，而如何才能到达上海的形式并不重要，所以我们一直在探索有没有比高铁更好的方式——搭乘飞机。

![在这里插入图片描述][36f68b658b0d41a59855be2e870bfef2.png_pic_center]

而现在这种飞机（甚至是飞船）已经诞生：2014年3月`Oracle`所发布的`Java 8`（`JDK 1.8`）中，加入了\*\*`Lambda`表达式\*\*的重量级新特性，为我们打开了新世界的大门。

### **4. 体验`Lambda`的更优写法** ###

借助`Java 8`的全新语法，上述`Runnable`接口的匿名内部类写法可以通过更简单的`Lambda`表达式达到等效：

public class LambdaRunnable_Demo02 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            new Thread(() -> System.out.println("多线程任务执行！")).start(); // 启动线程
        }
    }

![在这里插入图片描述][89eb9586ec3c46e8bef932e2cc86653b.png_pic_center]

这段代码和刚才的执行效果是完全一样的，可以在1.8或更高的编译级别下通过。从代码的语义中可以看出：我们启动了一个线程，而线程任务的内容以一种更加简洁的形式被指定。

不再有“不得不创建接口对象”的束缚，不再有“抽象方法覆盖重写”的负担，就是这么简单！

### **5. 回顾匿名内部类** ###

`Lambda`是怎样击败面向对象的？在上例中，核心代码其实只是如下所示的内容：

() -> System.out.println("多线程任务执行！")

为了理解`Lambda`的语义，我们需要从传统的代码起步。

#### **5.1 使用实现类** ####

要启动一个线程，需要创建一个`Thread`类的对象并调用`start`方法。而为了指定线程执行的内容，需要调用 `Thread`类的构造方法：

*  `public Thread(Runnable target)`

为了获取`Runnable`接口的实现对象，可以为该接口定义一个实现类`RunnableImpl`：

public class RunnableImpl implements Runnable {
        
    	@Override
    	public void run() {
        
    		System.out.println("多线程任务执行！");
    	}
    }

然后创建该实现类的对象作为`Thread`类的构造参数：

public class ThreadInitParam_Demo {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Runnable runnable = new RunnableImpl();
            new Thread(runnable).start();
        }
    }

![在这里插入图片描述][b36939519f6f41b2b42e0b8ac39aaa88.png_pic_center]

#### **5.2 使用匿名内部类** ####

这个`RunnableImpl`类只是为了实现`Runnable`接口而存在的，而且仅被使用了唯一一次，所以使用匿名内部类的语法即可省去该类的单独定义，即匿名内部类：

public class ThreadNameless_Demo {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            new Thread(new Runnable() {
        
                @Override
                public void run() {
        
                    System.out.println("多线程任务执行！");
                }
            }).start();
        }
    }

![在这里插入图片描述][d959c099ee17420d9f084d6375a5f008.png_pic_center]

#### **5.3 匿名内部类的好处与弊端** ####

一方面，匿名内部类可以帮我们**省去实现类的定义**；另一方面，匿名内部类的语法——**确实太复杂了！**

#### **5.3 语义分析** ####

仔细分析该代码中的语义，`Runnable`接口只有一个`run`方法的定义：

*  `public abstract void run();`

即制定了一种做事情的方案（其实就是一个函数）：

*  **无参数**：不需要任何条件即可执行该方案。
 *  **无返回值**：该方案不产生任何结果。
 *  **代码块**（方法体）：该方案的具体执行步骤。

同样的语义体现在`Lambda`语法中，要更加简单：

() -> System.out.println("多线程任务执行！")

*  前面的一对小括号即`run`方法的参数（无），代表不需要任何条件；
 *  中间的一个箭头代表将前面的参数传递给后面的代码；
 *  后面的输出语句即业务逻辑代码。

### **6. `Lambda`标准格式** ###

`Lambda`省去面向对象的条条框框，格式由**3个部分**组成：

*  一些参数
 *  一个箭头
 *  一段代码

`Lambda`表达式的**标准格式**为：

(参数类型 参数名称) -> {
         代码语句 }

格式说明：

*  小括号内的语法与传统方法参数列表一致：无参数则留空；多个参数则用逗号分隔。
 *  `->`是新引入的语法格式，代表指向动作。
 *  大括号内的语法与传统方法体要求基本一致。

### **7. 练习：使用`Lambda`标准格式（无参无返回）** ###

#### **题目** ####

给定一个厨子`Cook`接口，内含唯一的抽象方法`makeFood`，且无参数、无返回值。如下：

public interface Cook {
        
        void makeFood();
    }

在下面的代码中，请使用Lambda的**标准格式**调用`invokeCook`方法，打印输出“吃饭啦！”字样：

public class InvokeCook_Demo {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            // TODO 请在此使用Lambda【标准格式】调用invokeCook方法
        }
    
        private static void invokeCook(Cook cook) {
        
            cook.makeFood();
        }
    }

#### **解答** ####

public class InvokeCook_Demo {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            // TODO 请在此使用Lambda【标准格式】调用invokeCook方法
            invokeCook(()->{
        
                System.out.println("吃饭啦！");
            });
        }
    
        private static void invokeCook(Cook cook) {
        
            cook.makeFood();
        }
    }

![在这里插入图片描述][f7f1ec7635704c8dbed82c17ed51d0d8.png_pic_center]

> 备注：小括号代表`Cook`接口`makeFood`抽象方法的参数为空，大括号代表`makeFood`的方法体。

### **8. `Lambda`的参数和返回值** ###

需求:

使用数组存储多个`Person`对象

对数组中的`Person`对象使用`Arrays`的`sort`方法通过年龄进行升序排序

下面举例演示`java.util.Comparator<T>`接口的使用场景代码，其中的抽象方法定义为：

*  `public abstract int compare(T o1, T o2);`

当需要对一个对象数组进行排序时，`Arrays.sort`方法需要一个`Comparator`接口实例来指定排序的规则。假设有一个`Person`类，含有`String name`和`int age`两个成员变量：

package com.dcxuexi.java21;
    
    /***
     * @Title Person
     * @Description TOTD
     * @Auter DongChuang
     * @Date 2022/12/11 11:40
     * @Version 1.0.0
     */
    public class Person {
        
        private String name;
        private int age;
    
        public Person() {
        
        }
    
        public Person(String name, int age) {
        
            this.name = name;
            this.age = age;
        }
    
        public String getName() {
        
            return name;
        }
    
        public void setName(String name) {
        
            this.name = name;
        }
    
        public int getAge() {
        
            return age;
        }
    
        public void setAge(int age) {
        
            this.age = age;
        }
    
        @Override
        public String toString() {
        
            return "Person{" +
                    "name='" + name + '\'' +
                    ", age=" + age +
                    '}';
        }
    }

#### **8.1 传统写法** ####

如果使用传统的代码对`Person[]`数组进行排序，写法如下：

package com.dcxuexi.java21;
    
    import java.util.Arrays;
    import java.util.Comparator;
    
    /***
     * @Title Comparator_Demo
     * @Description TOTD
     * @Auter DongChuang
     * @Date 2022/12/11 11:41
     * @Version 1.0.0
     */
    public class Comparator_Demo {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            // 本来年龄乱序的对象数组
            Person[] array = {
        
                    new Person("古力娜扎", 19),
                    new Person("迪丽热巴", 18),
                    new Person("马尔扎哈", 20) };
            // 匿名内部类
            Comparator<Person> comp = new Comparator<Person>() {
        
                @Override
                public int compare(Person o1, Person o2) {
        
                    return o1.getAge() - o2.getAge();
                }
            };
            Arrays.sort(array, comp); // 第二个参数为排序规则，即Comparator接口实例
    
            for (Person person : array) {
        
                System.out.println(person);
            }
        }
    }

![在这里插入图片描述][a10c53f0c99b4e62b7722733aa54ffd4.png_pic_center]

这种做法在面向对象的思想中，似乎也是“理所当然”的。其中`Comparator`接口的实例（使用了匿名内部类）代表了“按照年龄从小到大”的排序规则。

#### **8.2 代码分析** ####

下面我们来搞清楚上述代码真正要做什么事情。

*  为了排序，`Arrays.sort`方法需要排序规则，即`Comparator`接口的实例，抽象方法`compare`是关键；
 *  为了指定`compare`的方法体，不得不需要`Comparator`接口的实现类；
 *  为了省去定义一个`ComparatorImpl`实现类的麻烦，不得不使用匿名内部类；
 *  必须覆盖重写抽象`compare`方法，所以方法名称、方法参数、方法返回值不得不再写一遍，且不能写错；
 *  实际上，只有参数和方法体才是关键。

#### **8.3 `Lambda`写法** ####

package com.dcxuexi.java21;
    
    import java.util.Arrays;
    
    /***
     * @Title ComparatorLambda_Demo
     * @Description TOTD
     * @Auter DongChuang
     * @Date 2022/12/11 11:47
     * @Version 1.0.0
     */
    public class ComparatorLambda_Demo {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            // 本来年龄乱序的对象数组
            Person[] array = {
        
                    new Person("古力娜扎", 19),
                    new Person("迪丽热巴", 18),
                    new Person("马尔扎哈", 20) };
    
            Arrays.sort(array,(Person a,Person b)->{
        
                return a.getAge() - b.getAge();
            });
    
            for (Person person : array) {
        
                System.out.println(person);
            }
        }
    }

![在这里插入图片描述][ed97920785344b51961d640c01c9fe74.png_pic_center]

### **9. 练习：使用`Lambda`标准格式（有参有返回）** ###

#### **题目** ####

给定一个计算器`Calculator`接口，内含抽象方法`calc`可以将两个`int`数字相加得到和值：

public interface Calculator {
        
        int calc(int a, int b);
    }

在下面的代码中，请使用`Lambda`的标准格式调用`invokeCalc`方法，完成110和120的相加计算：

public class InvokeCalc_Demo {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            // TODO 请在此使用Lambda【标准格式】调用invokeCalc方法来计算110+120的结果ß
        }
        private static void invokeCalc(int a, int b, Calculator calculator) {
        
            int result = calculator.calc(a, b);
            System.out.println("结果是：" + result);
        }
    }

#### **解答** ####

public class InvokeCalc_Demo {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            // TODO 请在此使用Lambda【标准格式】调用invokeCalc方法来计算110+120的结果ß
            invokeCalc(110,120,(int a, int b)->{
        
                return a+b;
            });
        }
        private static void invokeCalc(int a, int b, Calculator calculator) {
        
            int result = calculator.calc(a, b);
            System.out.println("结果是：" + result);
        }
    }

![在这里插入图片描述][17d54bba708a4ab7bdf52270b06de28b.png_pic_center]

> 备注：小括号代表`Calculator`接口`calc`抽象方法的参数，大括号代表`calc`的方法体。

### **10. `Lambda`省略格式** ###

#### **10.1 可推导即可省略** ####

`Lambda`强调的是“做什么”而不是“怎么做”，所以凡是可以根据上下文推导得知的信息，都可以省略。例如上例还可以使用`Lambda`的省略写法

public static void main(String[] args) {
        
      	invokeCalc(110,120, (a, b) -> a + b);
    }

#### **10.2 省略规则** ####

在`Lambda`标准格式的基础上，使用省略写法的规则为：

1.  小括号内参数的类型可以省略；
2.  如果小括号内**有且仅有一个参**，则小括号可以省略；
3.  如果大括号内**有且仅有一个语句**，则无论是否有返回值，都可以省略大括号、return关键字及语句分号。

### **11. 练习：使用`Lambda`省略格式** ###

#### **题目** ####

仍然使用前文含有唯一`makeFood`抽象方法的厨子`Cook`接口，在下面的代码中，请使用`Lambda`的省略格式调用`invokeCook`方法，打印输出“吃饭啦！”字样：

#### **解答** ####

public class InvokeCook_Demo {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            // TODO 请在此使用Lambda【标准格式】调用invokeCook方法
            //invokeCook(()->{
        
            //System.out.println("吃饭啦！");
            // });
            invokeCook(() -> System.out.println("吃饭啦！"));
        }
    
        private static void invokeCook(Cook cook) {
        
            cook.makeFood();
        }
    }

![在这里插入图片描述][809721910f904a5faae912cd8e70a262.png_pic_center]

### **12. `Lambda`的使用前提** ###

`Lambda`的语法非常简洁，完全没有面向对象复杂的束缚。但是使用时有几个问题需要特别注意：

*  使用`Lambda`必须具有接口，且要求**接口中有且仅有一个抽象方法。** 无论是`JDK`内置的`Runnable`、`Comparator`接口还是自定义的接口，只有当接口中的抽象方法存在且唯一时，才可以使用`Lambda`。
 *  使用`Lambda`必须具有**上下文推断**。

也就是方法的参数或局部变量类型必须为`Lambda`对应的接口类型，才能使用`Lambda`作为该接口的实例。

> 备注：有且仅有一个抽象方法的接口，称为“函数式接口”。

[fa795f2af8f342f0a8008d53056a910e.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/31/bf5a5dac2e384a58b5522d11553bb220.png
[36f68b658b0d41a59855be2e870bfef2.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/31/4636f8f54b8442dd9d32135338f89952.png
[89eb9586ec3c46e8bef932e2cc86653b.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/31/4378c634f4bf40fe80c4c7083c3c9e14.png
[b36939519f6f41b2b42e0b8ac39aaa88.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/31/5ccd1cbb05b04957804d1fecbc7ce622.png
[d959c099ee17420d9f084d6375a5f008.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/31/d3aa773bdaf74aa3a23307a580b1c76a.png
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[a10c53f0c99b4e62b7722733aa54ffd4.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/31/592bfba357f343c4b98a65b814498978.png
[ed97920785344b51961d640c01c9fe74.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/31/5b6f1abd6dbe4d24977c0bed71d7c454.png
[17d54bba708a4ab7bdf52270b06de28b.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/31/f19dfc5eccf3422a822ccbbab9657573.png
[809721910f904a5faae912cd8e70a262.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/31/03edd96b6e4d433ebc71915da0a939ee.png