lambda 是包着一个函数的对象

lambda 表达式非常简洁优雅。是把动态语言的特性嫁接到静态语言的一个典范。

在 java 中，我更加愿意认为 lambda 实际上是是包着一个函数的对象，我们在使用 lambda 表达式的时候，实际上定义了一个闭包的函数对象，这是 lambda 最大的意义所在。在过去，我们在函数之间传递一个函数，必须手动把它包装成类的对象，并用接口加以规范。现在，我们可以直接用 lambda 自动生成一个这样的对象。

如果你用过 Javascript/Python，你可以把刚刚定义的函数当做对象传给别的函数。现在，你用 lambda 也可以在 java 的里面传参时把函数用 lambda 形式“打包”传给别的函数，并且符合强类型的面向对象要求。

我们先用面向对象的方法理解 lambda 函数，他首先是一个对象，但是不需要我们手动 new，他的类型是 一个接口

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// 这是 Runnable 接口
public interface Runnable {
    void run();
}



// 在以前，我们可能要这样创建一个 Runnable 对象（当然也可以用匿名内部类）
class taskClass implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("test");
    }
}
Runnable task = new taskClass();
// 对象可以使用接口的方法
task.run(); // 输出 test



// 现在，有了 lambda，系统用了些黑魔法，自动实例化了类，并且给我们创建好了对象
// 其实，这个task不是内部类而真的是一个私有的函数，是的，编译器就是可以为所欲为
Runnable task = () -> {
    System.out.println("test");
};

// 你可以表面地理解成，系统把 小括号 和 大括号的内容，复制粘贴到上面去了

看到这里，你可能会问，系统依据什么来创建这个函数对象呢？如果一个接口里面有许多方法，我们的 lambda 表达式应该应用到（复制、粘贴到）哪个方法上面呢？lambda 的输出类型怎么定义呢？

答案就是，这种接口，有且只能有一个抽象方法，系统会自动找到这一个方法（虽然这样看起来有些随意）作为创建这个函数对象的模板。

lambda 传参数和返回值

和 Runnable 接口一样，JDK 还给我们带来了几个比较常见的接口：如 Consumer 接口 和 Supplier 接口

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// 这个接口的特点是，有一个参数，无返回值
public interface Consumer<T> {
    void accept(T t);
}

// 用 lambda创建一个 consumer 对象
Consumer<String> consumer = (String item) -> {
    System.out.println(item);
};

// 这个接口的特点是,无参数，有返回值
public interface Supplier<T> {
    T get();
}

// 用 lambda 创建一个 supplier 对象
Supplier<String> supplier = () -> {
     return "test";
}

java.util.function 下有大量 JDK8 带来的接口

  • Predicate<T> – a boolean-valued property of an object | 输入 T，返回 boolean

  • Consumer<T> – an action to be performed on an object | 输入 T，返回 void

  • Function<T,R> – a function transforming a T to a R | 输入 T 返回 R

  • Supplier<T> – provide an instance of a T (such as a factory) | 输入() 返回 T

  • UnaryOperator<T> – a function from T to T | 输入 T 返回 T

  • BinaryOperator<T> – a function from (T, T) to T | 输入 (T,T) 返回 T

  • IntSupplier 等基础数值非泛型接口

我们在使用的时候，只用关心接口下面的唯一抽象方法的输入值和返回值即可，不用太关心名字

lambda 的语法糖

  1. 如果函数体只有一行，不需要大括号

  2. 如果函数的参数只有一个，不需要小括号

  3. 如果函数的参数可以由上下文推导，则不需要写参数类型

  4. 如果函数体只有一行，不用写 return

这四个比较好理解，比如，这样写是合法的：

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Consumer<String> consumer = item -> System.out.println(item);
Supplier<String> supplier = () -> "test";
  1. 还有我个人感觉做的比较随意的 双冒号 :: 语法糖，这种形式叫做方法引用（method references）
引用静态方法 Integer::sum
引用某个对象的方法 list::add
引用某个类的方法 String::length
引用构造方法 HashMap::new

比如，原来我们这么写

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Consumer<String> consumer = item -> System.out.println(item);

现在用双冒号语法可以这么写，这样写也有好处，让你看起来这更像是传了一个方法进去

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Consumer<String> consumer = System.out::println;

lambda 局部变量使用机制

lambda 中使用上下文定义的局部变量，必须是 final 的，当然，如果你忘了加 final，编译器会帮你自动加上。
当然，如果是类变量则没有这个限制

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String x = "Hello "; // 如果下文有 lambda 使用了 x，这句等价于 final String x = "Hello "
x = "test"; // 这句非法，无法通过编译
Function<String,String> func1 = y -> y+x;
System.out.println(func1.apply("luan.ma"));

lambda 底层实现

Lambda 表达式通过 invokedynamic 指令实现，书写 Lambda 表达式不会产生新的类。他在 class 文件中是一个私有函数

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public class MainLambda {
	public static void main(String[] args) {
		new Thread(
				() -> System.out.println("Lambda Thread run()")
			).start();;
	}
}
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// javap -c -p MainLambda.class
public class MainLambda {
  ...
  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: new           #2                  // class java/lang/Thread
       3: dup
       4: invokedynamic #3,  0              // InvokeDynamic #0:run:()Ljava/lang/Runnable; /*使用invokedynamic指令调用*/
       9: invokespecial #4                  // Method java/lang/Thread."<init>":(Ljava/lang/Runnable;)V
      12: invokevirtual #5                  // Method java/lang/Thread.start:()V
      15: return

  private static void lambda$main$0();  /*Lambda表达式被封装成主类的私有方法*/
    Code:
       0: getstatic     #6                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
       3: ldc           #7                  // String Lambda Thread run()
       5: invokevirtual #8                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
       8: return
}

所以，在使用层面，lambda 中的 this 就是主类的 this，和主类的函数没有太大区别。而匿名内部类或者是内部类在使用中则要注意 this 的指向问题。

JDK 数据结构中使用 lambda

JDK 中的数据结构

加入的 支持 lambda 的方法列表：

接口名 Java8 新加入的方法
Collection removeIf() spliterator() stream() parallelStream() forEach()
List replaceAll() sort()
Map getOrDefault() forEach() replaceAll() putIfAbsent() remove() replace() computeIfAbsent() computeIfPresent() compute() merge()

Collection: stream()方法

这是最强大的支持 lambda 的方法，List 所有 lambda 方法在 stream()中都可以完成，而且支持 set 和 queue
他还有一个可以自动多线程拆分、执行的兄弟 .parallelStream()

Tips: 上下限通配查看方法

看之前，我先说一下方法里面各种上下限通配的查看方法：
<? extends T>用于方法返回，参数类型上界是 T，因此子类不能随意传入，只读
<? super T> 用于方法传入，参数的类型下界是 T，因此若传出只能是 Object 类型
<T> 既要传入，又要返回
? 既不能传入，也不能返回

list: forEach()方法：void forEach(Consumer<? super E> action)

作用是对容器中的每个元素执行 action 指定的动作，其中 Consumer 是个函数接口，里面只有一个待实现方法 void accept(T t)

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ArrayList<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("I", "love", "you", "too"));
list.forEach( str -> {
        if(str.length()>3)
            System.out.println(str);
    });

遍历，并对每一项执行一个函数。forEach 方法和原来的 for()遍历，看起来更加简洁

list: removeIf()方法 boolean removeIf(Predicate<? super E> filter)

删除容器中所有满足 filter 指定条件的元素，其中 Predicate 是一个函数接口，里面只有一个待实现方法 boolean test(T t)。传统，我们需要要迭代器来迭代删除数据，现在有了 removeIf 函数，我们可以传入一个 返回值 为 true 或者 false d lambda 表达式，如果 true，那么元素就会被删除

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list.removeIf(str -> str.length()>3);

list: replaceAll()方法 void replaceAll(UnaryOperator operator)

对数据集合的每个数据执行一个方法。在之前，我们需要遍历，get 出来，转换，再 set 回去，现在我们可以直接用 lambda 实现

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list.replaceAll(str -> {
    if(str.length()>3)
        return str.toUpperCase();
    return str;
});

list: sort()方法 void sort(Comparator<? super E> c)

排序方法，输入两个对象，返回一个 int 值，根据正负来确定排序位置

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list.sort((str1, str2) -> str1.length()-str2.length());

map: forEach()方法 void forEach(BiConsumer<? super K,? super V> action)

作用是对 Map 中的每个映射执行 action 指定的操作，其中 BiConsumer 是一个函数接口，里面有一个待实现方法 void accept(T t, U u)。
原来的方法非常繁琐，现在变得非常简单

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map.forEach((k, v) -> System.out.println(k + "=" + v));

map: replaceAll()方法 replaceAll(BiFunction<? super K,? super V,? extends V> function)

作用是对Map中的每个映射执行function指定的操作，并用function的执行结果替换原来的value，其中BiFunction是一个函数接口，里面有一个待实现方法R apply(T t, U u)

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map.replaceAll((k, v) -> v.toUpperCase());

map: merge()方法 merge(K key, V value, BiFunction<? super V,? super V,? extends V> remappingFunction)

  1. 如果Map中key对应的映射不存在或者为null，则将value（不能是null）关联到key上；

  2. 否则执行remappingFunction，如果执行结果非null则用该结果跟key关联，否则在Map中删除key的映射．

传入的是 key, value，以及一个备选方案：有两个值要如何处理

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map.merge(key, newMsg, (v1, v2) -> v1+v2);

map: compute() 方法 compute(K key, BiFunction<? super K,? super V,? extends V> remappingFunction)

把remappingFunction的计算结果关联到key上，如果计算结果为null，则在Map中删除key的映射．

传入 key， value 由旧值的函数计算得到

要实现上述merge()方法中错误信息拼接的例子，使用compute()代码如下：

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map.compute(key, (k,v) -> v==null ? newMsg : v.concat(newMsg));

map: computeIfAbsent()方法 V computeIfAbsent(K key, Function<? super K,? extends V> mappingFunction)

只有在当前Map中不存在key值的映射或映射值为null时，才调用mappingFunction，并在mappingFunction执行结果非null时，将结果跟key关联．

不存在才加，存在直接跳过

Function是一个函数接口，里面有一个待实现方法R apply(T t)．

computeIfAbsent()常用来对Map的某个key值建立初始化映射．比如我们要实现一个多值映射，Map的定义可能是Map<K,Set<V>>，要向Map中放入新值，可通过如下代码实现：

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Map<Integer, Set<String>> map = new HashMap<>();
// Java7及以前的实现方式
if(map.containsKey(1)){
    map.get(1).add("one");
}else{
    Set<String> valueSet = new HashSet<String>();
    valueSet.add("one");
    map.put(1, valueSet);
}
// Java8的实现方式
map.computeIfAbsent(1, v -> new HashSet<String>()).add("yi");

使用computeIfAbsent()将条件判断和添加操作合二为一，使代码更加简洁．

map: computeIfPresent()方法 V computeIfPresent(K key, BiFunction<? super K,? super V,? extends V> remappingFunction)

只有在当前Map中存在key值的映射且非null时，才调用remappingFunction，如果remappingFunction执行结果为null，则删除key的映射，否则使用该结果替换key原来的映射．

不存在直接跳过，存在才插进去

这个函数的功能跟如下代码是等效的：

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// Java7及以前跟computeIfPresent()等效的代码
if (map.get(key) != null) {
    V oldValue = map.get(key);
    V newValue = remappingFunction.apply(key, oldValue);
    if (newValue != null)
        map.put(key, newValue);
    else
        map.remove(key);
    return newValue;
}
return null;

参考资料

深入理解 Java 函数式编程和 Streams API