Java 8 Lambda函数编程入门（一）

た入场券 2022-07-15 23:59 145阅读 0赞

# 什么是函数式编程 #

每个人对函数式编程的理解不尽相同。但其核心是:在思考问题时,使用不可变值和函 数,函数对一个值进行处理,映射成另一个值。

# 背景 #

Java是一门面向对象编程语言。面向对象编程语言和函数式编程语言中的基本元素（Basic Values）都可以动态封装程序行为：面向对象编程语言使用带有方法的对象封装行为，函数式编程语言使用函数封装行为。但这个相同点并不明显，因为Java的对象往往比较“重量级”：实例化一个类型往往会涉及不同的类，并需要初始化类里的字段和方法。

随着回调模式和函数式编程风格的日益流行，我们需要在Java中提供一种尽可能轻量级的将代码封装为数据（Model code as data）的方法。匿名内部类并不是一个好的选择，因为：

1.  语法过于冗余
2.  匿名类中的this和变量名容易使人产生误解
3.  类型载入和实例创建语义不够灵活
4.  无法捕获非final的局部变量
5.  无法对控制流进行抽象

# Lambda表达式基本知识 #

## 辨别Lambda表达式 ##

1.  Lambda 表达式不包含参数,使用空括号`()`表示没有参数。  
    `Runnable noArguments = () -> System.out.println("Hello World");`
2.  Lambda 表达式包含且只包含一个参数,可省略参数的括号。  
    `ActionListener oneArgument = event -> System.out.println("button clicked");`
3.  Lambda 表达式的主体不仅可以是一个表达式,而且也可以是一段代码块,使用大括号 `{}`将代码块括起来。
    
        Runnable multiStatement = () -> {
            System.out.print("Hello");
           System.out.println(" World");
        };
4.  Lambda 表达式也可以表示包含多个参数的方法。  
    `BinaryOperator<Long> add = (x, y) -> x + y;`

## Lambda 变量类型如何识别 ##

在Lambda表达式中无需指定类型,程序依然可以编译。这是因为 javac 根据程序的上下文(方法的签名)在后台推断出了参数的类型。这意味着如果参数类型不言而明,则无需显式指定。即Lambda 表达式的类型依赖于上下文环境,是由编译器推断出来的。

## Lambda 引用值,而不是变量 ##

如果你曾使用过匿名内部类,也许遇到过这样的情况:需要引用它所在方法里的变量。这时,需要将变量声明为final。将变量声明为final,意味着不能为其重复赋值。同时也意味着在使用final变量时,实际上是在使用赋给该变量的一个特定的值。

Java 8虽然放松了这一限制,可以引用非final变量,但是该变量在既成事实上必须是 final。虽然无需将变量声明为final,但在Lambda表达式中,也无法用作非终态变量。如果坚持用作非终态变量,编译器就会报错。（local variables referenced from a lambda expression must be final or effectively final.）

既成事实上的 final 是指只能给该变量赋值一次。换句话说,Lambda 表达式引用的是值, 而不是变量。

## Lambda用在哪里 ##

我们知道Lambda表达式的目标类型是函数性接口——每一个Lambda都能通过一个特定的函数式接口与一个给定的类型进行匹配。因此一个Lambda表达式能被应用在与其目标类型匹配的任何地方，lambda表达式必须和函数式接口的抽象函数描述一样的参数类型，它的返回类型也必须和抽象函数的返回类型兼容，并且他能抛出的异常也仅限于在函数的描述范围中。

## 函数接口 ##

使用只有一个方法的接口来表示某特定方法并反复使用,这种接口称为函数接口。

Java中重要的函数接口:

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>接口</th> 
   <th>参数</th> 
   <th>返回类型</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>Predicate</td> 
   <td>T</td> 
   <td>boolean</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Consumer</td> 
   <td>T</td> 
   <td>void</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Function</td> 
   <td>T</td> 
   <td>R</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Supplier</td> 
   <td>None</td> 
   <td>T</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>UnaryOperator</td> 
   <td>T</td> 
   <td>T</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>BinaryOperator</td> 
   <td>(T,T)</td> 
   <td>T</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

# 流 #

Java 8中新增的对核心类库的改进主要包括集合类的 API 和新引入的流 (Stream)。

## 从外部迭代到内部迭代 ##

两者的差异如图：  
![外部迭代][20160924004704098]

![内部迭代][20160924004729150]

## 实现机制 ##

通常,在 Java 中调用一个方法,计算机会随即执行操作:比如`System.out.println ("Hello World");`会在终端上输出一条信息。Stream里的一些方法却略有不同,它们虽是 普通的 Java 方法,但返回的 Stream 对象却不是一个新集合,而是创建新集合的配方。

allArtists.stream()
                   .filter(artist -> artist.isFrom("London"));

像 filter 这样只描述 Stream,最终不产生新集合的方法叫作惰性求值方法(lazy);而像 count 这样 最终会从 Stream 产生值的方法叫作及早求值方法(eager)。

判断一个操作是惰性求值还是及早求值很简单:只需看它的返回值。如果返回值是 Stream, 那么是惰性求值;如果返回值是另一个值或为空,那么就是及早求值。使用这些操作的理想方式就是形成一个惰性求值的链,最后用一个及早求值的操作返回想要的结果,这正是 它的合理之处。

## 常用的流操作 ##

### collect(toList()) ###

collect(toList()) 方法由 Stream 里的值生成一个列表,是一个及早求值操作。

### map ###

如果有一个函数可以将一种类型的值转换成另外一种类型,map 操作就可以 使用该函数,将一个流中的值转换成一个新的流。

### filter ###

遍历数据并检查其中的元素时,可尝试使用 Stream 中提供的新方法 filter。

由于此方法和 if 条件语句的功能相同,因此其返回值肯定是 true 或者 false。经过过滤, Stream 中符合条件的,即 Lambda 表达式值为 true 的元素被保留下来。该 Lambda 表达式 的函数接口正是前面章节中介绍过的 Predicate

### flatMap ###

flatMap 方法可用 Stream 替换值,然后将多个 Stream 连接成一个 Stream。

前面已介绍过 map 操作,它可用一个新的值代替 Stream 中的值。但有时,用户希望让 map 操作有点变化,生成一个新的 Stream 对象取而代之。用户通常不希望结果是一连串的流, 此时 flatMap 最能派上用场。

### max和min ###

Stream 上常用的操作之一是求最大值和最小值。Stream API 中的 max 和 min 操作就是解决这一问题的。

查找 Stream 中的最大或最小元素,首先要考虑的是用什么作为排序的指标。

### reduce ###

reduce 操作可以实现从一组值中生成一个值。

int count = Stream.of(1, 2, 3)
                           .reduce(0, (acc, element) -> acc + element); assertEquals(6, count);

Lambda 表达式的返回值是最新的 acc,是上一轮 acc 的值和当前元素相加的结果。reducer 的类型是前面已介绍过的 BinaryOperator。

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参考资料：  
Java 8函数式编程 作者:（英）沃伯顿著  
备注：  
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作者：WSYW126

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[http_blog.csdn.net_wsyw126_article_details_52645402]: http://blog.csdn.net/wsyw126/article/details/52645402