深入淺出 Java 8 Lambda 表達式

Java 是一流的面向對象語言，除了部分簡單數據類型，Java 中的一切都是對象，即使數組也是一種對象，每個類創建的實例也是對象。在 Java 中定義的函數或方法不可能完全獨立，也不能將方法作為參數或返回一個方法給實例。

從 Swing 開始，我們總是通過匿名類給方法傳遞函數功能，以下是舊版的事件監聽代碼：

someObject.addMouseListener(new MouseAdapter() {
        public void mouseClicked(MouseEvent e) {

            //Event listener implementation goes here...

        }
    });
在上面的例子里，為了給 Mouse 監聽器添加自定義代碼，我們定義了一個匿名內部類 MouseAdapter 並創建了它的對象，通過這種方式，我們將一些函數功能傳給 addMouseListener 方法。

簡而言之，在 Java 里將普通的方法或函數像參數一樣傳值並不簡單，為此，Java 8 增加了一個語言級的新特性，名為 Lambda 表達式。

為什么 Java 需要 Lambda 表達式？
如果忽視注解(Annotations)、泛型(Generics)等特性，自 Java 語言誕生時起，它的變化並不大。Java 一直都致力維護其對象至上的特征，在使用過 JavaScript 之類的函數式語言之后，Java 如何強調其面向對象的本質，以及源碼層的數據類型如何嚴格變得更加清晰可感。其實，函數對 Java 而言並不重要，在 Java 的世界里，函數無法獨立存在。

深入淺出 Java 8 Lambda 表達式 技術分享 第1張

在函數式編程語言中，函數是一等公民，它們可以獨立存在，你可以將其賦值給一個變量，或將他們當做參數傳給其他函數。JavaScript 是最典型的函數式編程語言。點擊此處以及此處可以清楚了解 JavaScript 這種函數式語言的好處。函數式語言提供了一種強大的功能——閉包，相比於傳統的編程方法有很多優勢，閉包是一個可調用的對象，它記錄了一些信息，這些信息來自於創建它的作用域。Java 現在提供的最接近閉包的概念便是 Lambda 表達式，雖然閉包與 Lambda 表達式之間存在顯著差別，但至少 Lambda 表達式是閉包很好的替代者。

在 Steve Yegge 辛辣又幽默的博客文章里，描繪了 Java 世界是如何嚴格地以名詞為中心的，如果你還沒看過，趕緊去讀吧，寫得非常風趣幽默，而且恰如其分地解釋了為什么 Java 要引進 Lambda 表達式。

Lambda 表達式為 Java 添加了缺失的函數式編程特點，使我們能將函數當做一等公民看待。盡管不完全正確，我們很快就會見識到 Lambda 與閉包的不同之處，但是又無限地接近閉包。在支持一類函數的語言中，Lambda 表達式的類型將是函數。但是，在 Java 中，Lambda 表達式是對象，他們必須依附於一類特別的對象類型——函數式接口(functional interface)。我們會在后文詳細介紹函數式接口。

Mario Fusco 的這篇思路清晰的文章介紹了為什么 Java 需要 Lambda 表達式。他解釋了為什么現代編程語言必須包含閉包這類特性。

Lambda 表達式簡介
Lambda 表達式是一種匿名函數(對 Java 而言這並不完全正確，但現在姑且這么認為)，簡單地說，它是沒有聲明的方法，也即沒有訪問修飾符、返回值聲明和名字。

你可以將其想做一種速記，在你需要使用某個方法的地方寫上它。當某個方法只使用一次，而且定義很簡短，使用這種速記替代之尤其有效，這樣，你就不必在類中費力寫聲明與方法了。

深入淺出 Java 8 Lambda 表達式 技術分享 第2張

Java 中的 Lambda 表達式通常使用 (argument) -> (body) 語法書寫，例如：

(arg1, arg2...) -> { body }

(type1 arg1, type2 arg2...) -> { body }
以下是一些 Lambda 表達式的例子：

(int a, int b) -> {  return a + b; }

() -> System.out.println("Hello World");

(String s) -> { System.out.println(s); }

() -> 42

() -> { return 3.1415 };
Lambda 表達式的結構
讓我們了解一下 Lambda 表達式的結構。

一個 Lambda 表達式可以有零個或多個參數
參數的類型既可以明確聲明，也可以根據上下文來推斷。例如：(int a)與(a)效果相同
所有參數需包含在圓括號內，參數之間用逗號相隔。例如：(a, b) 或 (int a, int b) 或 (String a, int b, float c)
空圓括號代表參數集為空。例如：() -> 42
當只有一個參數，且其類型可推導時，圓括號（）可省略。例如：a -> return a*a
Lambda 表達式的主體可包含零條或多條語句
如果 Lambda 表達式的主體只有一條語句，花括號{}可省略。匿名函數的返回類型與該主體表達式一致
如果 Lambda 表達式的主體包含一條以上語句，則表達式必須包含在花括號{}中（形成代碼塊）。匿名函數的返回類型與代碼塊的返回類型一致，若沒有返回則為空
什么是函數式接口
在 Java 中，Marker（標記）類型的接口是一種沒有方法或屬性聲明的接口，簡單地說，marker 接口是空接口。相似地，函數式接口是只包含一個抽象方法聲明的接口。

java.lang.Runnable 就是一種函數式接口，在 Runnable 接口中只聲明了一個方法 void run()，相似地，ActionListener 接口也是一種函數式接口，我們使用匿名內部類來實例化函數式接口的對象，有了 Lambda 表達式，這一方式可以得到簡化。

每個 Lambda 表達式都能隱式地賦值給函數式接口，例如，我們可以通過 Lambda 表達式創建 Runnable 接口的引用。

Runnable r = () -> System.out.println("hello world");
當不指明函數式接口時，編譯器會自動解釋這種轉化：

new Thread(
   () -> System.out.println("hello world")
).start();
因此，在上面的代碼中，編譯器會自動推斷：根據線程類的構造函數簽名 public Thread(Runnable r) { }，將該 Lambda 表達式賦給 Runnable 接口。

以下是一些 Lambda 表達式及其函數式接口：

Consumer<Integer>  c = (int x) -> { System.out.println(x) };

BiConsumer<Integer, String> b = (Integer x, String y) -> System.out.println(x + " : " + y);

Predicate<String> p = (String s) -> { s == null };
@FunctionalInterface 是 Java 8 新加入的一種接口，用於指明該接口類型聲明是根據 Java 語言規范定義的函數式接口。Java 8 還聲明了一些 Lambda 表達式可以使用的函數式接口，當你注釋的接口不是有效的函數式接口時，可以使用 @FunctionalInterface 解決編譯層面的錯誤。

以下是一種自定義的函數式接口： @FunctionalInterface public interface WorkerInterface {

   public void doSomeWork();

}
根據定義，函數式接口只能有一個抽象方法，如果你嘗試添加第二個抽象方法，將拋出編譯時錯誤。例如：

@FunctionalInterface
public interface WorkerInterface {

    public void doSomeWork();

    public void doSomeMoreWork();

}
錯誤：

Unexpected @FunctionalInterface annotation 
    @FunctionalInterface ^ WorkerInterface is not a functional interface multiple 
    non-overriding abstract methods found in interface WorkerInterface 1 error
函數式接口定義好后，我們可以在 API 中使用它，同時利用 Lambda 表達式。例如：

 //定義一個函數式接口
@FunctionalInterface
public interface WorkerInterface {

   public void doSomeWork();

}


public class WorkerInterfaceTest {

public static void execute(WorkerInterface worker) {
    worker.doSomeWork();
}

public static void main(String [] args) {

    //invoke doSomeWork using Annonymous class
    execute(new WorkerInterface() {
        @Override
        public void doSomeWork() {
            System.out.println("Worker invoked using Anonymous class");
        }
    });

    //invoke doSomeWork using Lambda expression 
    execute( () -> System.out.println("Worker invoked using Lambda expression") );
}

}
輸出：

Worker invoked using Anonymous class 
Worker invoked using Lambda expression
這上面的例子里，我們創建了自定義的函數式接口並與 Lambda 表達式一起使用。execute() 方法現在可以將 Lambda 表達式作為參數。

Lambda 表達式舉例
學習 Lambda 表達式的最好方式是學習例子。

線程可以通過以下方法初始化：

//舊方法:
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
    System.out.println("Hello from thread");
}
}).start();

//新方法:
new Thread(
() -> System.out.println("Hello from thread")
).start();
事件處理可以使用 Java 8 的 Lambda 表達式解決。下面的代碼中，我們將使用新舊兩種方式向一個 UI 組件添加 ActionListener：

  //Old way:
button.addActionListener(new ActionListener() {
@Override
public void actionPerformed(ActionEvent e) {
    System.out.println("The button was clicked using old fashion code!");
}
});

//New way:
button.addActionListener( (e) -> {
    System.out.println("The button was clicked. From Lambda expressions !");
});
以下代碼的作用是打印出給定數組中的所有元素。注意，使用 Lambda 表達式的方法不止一種。在下面的例子中，我們先是用常用的箭頭語法創建 Lambda 表達式，之后，使用 Java 8 全新的雙冒號(::)操作符將一個常規方法轉化為 Lambda 表達式：

//Old way:
List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7);
for(Integer n: list) {
   System.out.println(n);
}

//New way:
List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7);
list.forEach(n -> System.out.println(n));


//or we can use :: double colon operator in Java 8
list.forEach(System.out::println);
在下面的例子中，我們使用斷言(Predicate)函數式接口創建一個測試，並打印所有通過測試的元素，這樣，你就可以使用 Lambda 表達式規定一些邏輯，並以此為基礎有所作為：

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.function.Predicate;

public class Main {

public static void main(String [] a)  {

    List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7);

    System.out.println("Print all numbers:");
    evaluate(list, (n)->true);

    System.out.println("Print no numbers:");
    evaluate(list, (n)->false);

    System.out.println("Print even numbers:");
    evaluate(list, (n)-> n%2 == 0 );

    System.out.println("Print odd numbers:");
    evaluate(list, (n)-> n%2 == 1 );

    System.out.println("Print numbers greater than 5:");
    evaluate(list, (n)-> n > 5 );

}

public static void evaluate(List<Integer> list, Predicate<Integer> predicate) {
    for(Integer n: list)  {
        if(predicate.test(n)) {
            System.out.println(n + " ");
        }
    }
}

}   
輸出：

Print all numbers: 1 2 3 4 5 6 7 
Print no numbers: 
Print even numbers: 2 4 6 
Print odd numbers: 1 3 5 7 
Print numbers greater than 5: 6 7
下面的例子使用 Lambda 表達式打印數值中每個元素的平方，注意我們使用了 .stream() 方法將常規數組轉化為流。Java 8 增加了一些超棒的流 APIs。java.util.stream.Stream 接口包含許多有用的方法，能結合 Lambda 表達式產生神奇的效果。我們將 Lambda 表達式 x -> x*x 傳給 map() 方法，該方法會作用於流中的所有元素。之后，我們使用 forEach 方法打印數據中的所有元素：

//Old way:
List<Integer> list = Arrays.asList(1,2,3,4,5,6,7);
for(Integer n : list) {
    int x = n * n;
    System.out.println(x);
}

//New way:
List<Integer> list = Arrays.asList(1,2,3,4,5,6,7);
list.stream().map((x) -> x*x).forEach(System.out::println);
下面的例子會計算給定數值中每個元素平方后的總和。請注意，Lambda 表達式只用一條語句就能達到此功能，這也是 MapReduce 的一個初級例子。我們使用 map() 給每個元素求平方，再使用 reduce() 將所有元素計入一個數值：

//Old way:
List<Integer> list = Arrays.asList(1,2,3,4,5,6,7);
int sum = 0;
for(Integer n : list) {
    int x = n * n;
    sum = sum + x;
}
System.out.println(sum);

//New way:
List<Integer> list = Arrays.asList(1,2,3,4,5,6,7);
int sum = list.stream().map(x -> x*x).reduce((x,y) -> x + y).get();
System.out.println(sum);
Lambda 表達式與匿名類的區別
使用匿名類與 Lambda 表達式的一大區別在於關鍵詞的使用。對於匿名類，關鍵詞 this 解讀為匿名類，而對於 Lambda 表達式，關鍵詞 this 解讀為寫就 Lambda 的外部類。

Lambda 表達式與匿名類的另一不同在於兩者的編譯方法。Java 編譯器編譯 Lambda 表達式並將他們轉化為類里面的私有函數，它使用 Java 7 中新加的 invokedynamic 指令動態綁定該方法，關於 Java 如何將 Lambda 表達式編譯為字節碼，Tal Weiss 寫了一篇很好的文章。