Java Lambda表達(dá)式初探

前言

本文受啟發(fā)于Trisha Gee在JavaOne 2016的主題演講Refactoring to Java 8。

Java 8已經(jīng)發(fā)行兩年多，但很多人仍然在使用JDK7。對企業(yè)來說，技術(shù)上謹(jǐn)慎未必是壞事，但對個人學(xué)習(xí)而言，不去學(xué)習(xí)新技術(shù)就很可能被技術(shù)拋棄。Java 8一個重要的變更是引入Lambda表達(dá)式(lambda expression)，這聽起來似乎很牛，有種我雖然不知道Lambda表達(dá)式是什么，但我仍然覺得很厲害的感覺。不要怕，具體到語言層面上Lambda表達(dá)式不過是一種新的語法而已，有了它，Java將開啟函數(shù)式編程的大門。

為什么需要Lambda表達(dá)式

不要糾結(jié)什么是Lambda表達(dá)式、什么是函數(shù)式編程。先來看一下Java 8新的語法特性帶來的便利之處，相信你會過目不忘的。

在有Lambda表達(dá)式之前，要新建一個線程，需要這樣寫：

new Thread(new Runnable(){    @Override
    public void run(){
        System.out.println("Thread run()");
    }
}).start();

有Lambda表達(dá)式之后，則可以這樣寫：

new Thread(
        () -> System.out.println("Thread run()")
).start();

正如你所見，之前無用的模板代碼不見了！如上所示，Lambda表達(dá)式一個常見的用法是取代（某些）匿名內(nèi)部類，但Lambda表達(dá)式的作用不限于此。

Lambda表達(dá)式的原理

剛接觸Lambda表達(dá)式可能覺得它很神奇：不需要聲明類或者方法的名字，就可以直接定義函數(shù)。但其實(shí)這只是編譯器給我們提供的一個小把戲，背后的原理并不難理解。下面是Lambda表達(dá)式幾種可能的書寫形式：

Runnable run = () -> System.out.println("Hello World");// 1ActionListener listener = event -> System.out.println("button clicked");// 2Runnable multiLine = () -> {// 3
    System.out.println("Hello ");
    System.out.println("World");
};
BinaryOperator<Long> add = (Long x, Long y) -> x + y;// 4BinaryOperator<Long> addImplicit = (x, y) -> x + y;// 5

通過上例可以發(fā)現(xiàn)：

Lambda表達(dá)式是有類型的，賦值操作的左邊就是類型。Lambda表達(dá)式的類型實(shí)際上是對應(yīng)接口的類型。

Lambda表達(dá)式可以包含多行代碼，需要用大括號把代碼塊括起來，就像寫函數(shù)體那樣。

大多數(shù)時候，Lambda表達(dá)式的參數(shù)表可以省略類型，就像代碼2和5那樣。這得益于javac的類型推導(dǎo)機(jī)制，編譯器可以根據(jù)上下文推導(dǎo)出類型信息。

實(shí)際上每個Lambda表達(dá)式都是原來匿名內(nèi)部類的簡寫形式，該內(nèi)部類實(shí)現(xiàn)了某個函數(shù)接口(Functional Interface)。所謂函數(shù)接口是指*添加了@FunctionalInterface標(biāo)注，并且內(nèi)部只有一個接口函數(shù)的接口*。Java是強(qiáng)類型語言，無論有沒有顯式指明，每個變量和對象都必須有明確的類型，沒有顯式指定的時候編譯器會嘗試確定類型。Lambda表達(dá)式的類型就是對應(yīng)函數(shù)接口的類型。

Lambda表達(dá)式和Stream

Lambda表達(dá)式的另一個重要用法，是和Stream一起使用。Stream is a sequence of elements supporting sequential and parallel aggregate operations。Stream就是一組元素的序列，支持對這些元素進(jìn)行各種操作，而這些操作是通過Lambda表達(dá)式指定的。可以把Stream看作Java Collection的一種視圖，就像迭代器是容器的一種視圖那樣（但Stream不會修改容器中的內(nèi)容）。下面例子展示了Stream的常見用法。

例子1

假設(shè)需要從一個字符串列表中選出以數(shù)字開頭的字符串并輸出，Java 7之前需要這樣寫：

List<String> list = Arrays.asList("1one", "two", "three", "4four");for(String str : list){    if(Character.isDigit(str.charAt(0))){
        System.out.println(str);
    }
}

而Java 8就可以這樣寫：

List<String> list = Arrays.asList("1one", "two", "three", "4four");
list.stream()// 1.得到容器的Steam
    .filter(str -> Character.isDigit(str.charAt(0)))// 2.選出以數(shù)字開頭的字符串
    .forEach(str -> System.out.println(str));// 3.輸出字符串

上述代碼首先1. 調(diào)用List.stream()方法得到容器的Stream，2. 然后調(diào)用filter()方法過濾出以數(shù)字開頭的字符串，3. 最后調(diào)用forEach()方法輸出結(jié)果。

使用Stream有兩個明顯的好處：

減少了模板代碼，只用Lambda表達(dá)式指明所需操作，代碼語義更加明確、便于閱讀。

將外部迭代改成了Stream的內(nèi)部迭代，方便了JVM本身對迭代過程做優(yōu)化（比如可以并行迭代）。

例子2

假設(shè)需要從一個字符串列表中，選出所有不以數(shù)字開頭的字符串，將其轉(zhuǎn)換成大寫形式，并把結(jié)果放到新的集合當(dāng)中。Java 8書寫的代碼如下：

List<String> list = Arrays.asList("1one", "two", "three", "4four");
Set<String> newList =
        list.stream()// 1.得到容器的Stream
        .filter(str -> !Character.isDigit(str.charAt(0)))// 2.選出不以數(shù)字開頭的字符串
        .map(String::toUpperCase)// 3.轉(zhuǎn)換成大寫形式
        .collect(Collectors.toSet());// 4.生成結(jié)果集

上述代碼首先1. 調(diào)用List.stream()方法得到容器的Stream，2. 然后調(diào)用filter()方法選出不以數(shù)字開頭的字符串，3. 之后調(diào)用map()方法將字符串轉(zhuǎn)換成大寫形式，4. 最后調(diào)用collect()方法將結(jié)果轉(zhuǎn)換成Set。這個例子還向我們展示了方法引用（method references，代碼中標(biāo)號3處）以及收集器（Collector，代碼中標(biāo)號4處）的用法，這里不再展開說明。

通過這個例子我們看到了Stream鏈?zhǔn)讲僮?，即多個操作可以連成一串。不用擔(dān)心這會導(dǎo)致對容器的多次迭代，因?yàn)椴皇敲總€Stream的操作都會立即執(zhí)行。Stream的操作分成兩類，一類是中間操作(intermediate operations)，另一類是結(jié)束操作(terminal operation)，只有結(jié)束操作才會導(dǎo)致真正的代碼執(zhí)行，中間操作只會做一些標(biāo)記，表示需要對Stream進(jìn)行某種操作。這意味著可以在Stream上通過關(guān)聯(lián)多種操作，但最終只需要一次迭代。如果你熟悉Spark RDD，對此應(yīng)該并不陌生。

結(jié)語

Java 8引入Lambda表達(dá)式，從此打開了函數(shù)式編程的大門。如果你之前不了解函數(shù)式編程，不必糾結(jié)于這個概念。編程過程中簡潔明了的書寫形式以及強(qiáng)大的Stream API會讓你很快熟悉Lambda表達(dá)式的。

本文只對Java Lambda表達(dá)式的基本介紹，希望能夠激發(fā)讀者對Java函數(shù)式編程的興趣。如果本文能夠讓你覺得Lambda表達(dá)式很好玩，函數(shù)式編程很有趣，并產(chǎn)生了進(jìn)一步學(xué)習(xí)的欲望，那就再好不過了。文末參考文獻(xiàn)中列出了一些有用的資源。

參考文獻(xiàn)

http://www.oracle.com/webfolder/technetwork/tutorials/obe/java/Lambda-QuickStart/index.html
https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/util/stream/Stream.html
https://docs.oracle.com/javase/tutorial/java/javaOO/lambdaexpressions.html
http://cr.openjdk.java.net/~briangoetz/lambda/lambda-state-final.html
http://www.slideshare.net/trishagee/refactoring-to-java-8-devoxx-uk
《Java 8函數(shù)式編程 [英]沃伯頓》
https://www.oracle.com/javaone/speakers.html#gee