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Java8 Lambda 表达式、Stream

java 来源:安达友友 7次浏览

Java Lambda 表达式是 Java 8 引入的一个新的功能,可以说是模拟函数式编程的一个语法糖,类似于 Javascript 中的闭包,但又有些不同,主要目的是提供一个函数化的语法来简化我们的编码。

Lambda 基本语法

Lambda 的基本结构为 (arguments) -> body,有如下几种情况:

参数类型可推导时,不需要指定类型,如 (a) -> System.out.println(a)
当只有一个参数且类型可推导时,不强制写 (), 如 a -> System.out.println(a)
参数指定类型时,必须有括号,如 (int a) -> System.out.println(a)
参数可以为空,如 () -> System.out.println(“hello”)
body 需要用 {} 包含语句,当只有一条语句时 {} 可省略
常见的写法如下:

(a) -> a * a
(int a, int b) -> a + b
(a, b) -> {
  return a - b;}
() -> System.out.println(Thread.currentThread().getId())

函数式接口 FunctionalInterface

概念

Java Lambda 表达式以函数式接口为基础。什么是函数式接口(FunctionalInterface)? 简单说来就是只有一个方法(函数)的接口,这类接口的目的是为了一个单一的操作,也就相当于一个单一的函数了。常见的接口如:Runnable, Comparator 都是函数式接口,并且都标注了注解 @FunctionalInterface 。

举例

以 Thread 为例说明很容易理解。Runnable 接口是我们线程编程时常用的一个接口,就包含一个方法 void run(),这个方法就是线程的运行逻辑。按照以前的语法,我们新建线程一般要用到 Runnable 的匿名类,如下:

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

}).start();

如果写多了,是不是很无聊,而基于 Lambda 的写法则变得简洁明了,如下:
new Thread(() -> System.out.println(Thread.currentThread().getId())).start();
复制代码
注意 Thread 的参数,Runnable 的匿名实现就通过一句就实现了出来,写成下面的更好理解

Runnable r = () -> System.out.println(Thread.currentThread().getId());new Thread(r).start();

当然 Lambda 的目的不仅仅是写起来简洁,更高层次的目的等体会到了再总结。

再看一个比较器的例子,按照传统的写法,如下:

Integer[] a = {
  1, 8, 3, 9, 2, 0, 5};
Arrays.sort(a, new Comparator<Integer>() {
    @Override
    public int compare(Integer o1, Integer o2) {
        return o1 - o2;
    }
});
Lambda 表达式写法如下:
Integer[] a = {1, 8, 3, 9, 2, 0, 5};
Arrays.sort(a, (o1, o2) -> o1 - o2);

JDK中的函数式接口

为了现有的类库能够直接使用 Lambda 表达式,Java 8 以前存在一些接口已经被标注为函数式接口的:

java.lang.Runnable
java.util.Comparator
java.util.concurrent.Callable
java.io.FileFilter
java.security.PrivilegedAction
java.beans.PropertyChangeListener
Java 8 中更是新增加了一个包 java.util.function,带来了常用的函数式接口:

Function

创建函数式接口

有时候我们需要自己实现一个函数式接口,做法也很简单,首先你要保证此接口只能有一个函数操作,然后在接口类型上标注注解 @FunctionalInterface 即可。

类型推导

类型推导是 Lambda 表达式的基础,类型推导的过程就是 Lambda 表达式的编译过程。以下面的代码为例:

Function<String, Integer> strToInt = str -> Integer.parseInt(str);

编译期间,我理解的类型推导的过程如下:

先确定目标类型 Function

Function 作为函数式接口,其方法签名为:Integer apply(String t)
检测 str -> Integer.parseInt(str) 是否与方法签名匹配(方法的参数类型、个数、顺序 和返回值类型)
如果不匹配,则报编译错误
这里的目标类型是关键,通过目标类型获取方法签名,然后和 Lambda 表达式做出对比。

方法引用

方法引用(Method Reference)的基础同样是函数式接口,可以直接作为函数式接口的实现,与 Lambda 表达式有相同的作用,同样依赖于类型推导。方法引用可以看作是只调用一个方法的 Lambda 表达式的简化。

方法引用的语法为: Type::methodName 或者 instanceName::methodName , 构造函数对应的 methodName 为 new。

例如上面曾用到例子:

Function

构造方法引用

语法为: Type::new 。 如下面的函数为了将字符串转为数组

方法引用写法
Function

Function<String, Integer> strToInt = new Function<String, Integer>() {
    @Override
    public Integer apply(String str) {
        return new Integer(str);
    }
};
数组构造方法引用

语法为: Type[]::new 。如下面的函数为了构造一个指定长度的字符串数组

方法引用写法

Function<Integer, String[]> fixedArray = String[]::new;
复制代码

方法引用写法

Function<Integer, String[]> fixedArray = length -> new String[length];

传统写法

Function<Integer, String[]> fixedArray = new Function<Integer, String[]>() {
    @Override
    public String[] apply(Integer length) {
        return new String[length];
    }
};
静态方法引用

语法为: Type::new 。 如下面的函数同样为了将字符串转为数组

方法引用写法

Function<String, Integer> strToInt = Integer::parseInt;

Lambda 写法

Function<String, Integer> strToInt = str -> Integer.parseInt(str);

传统写法

Function<String, Integer> strToInt = new Function<String, Integer>() {
    @Override
    public Integer apply(String str) {
        return Integer.parseInt(str);
    }
};
实例上实例方法引用

语法为: instanceName::methodName 。如下面的判断函数用来判断给定的姓名是否在列表中存在

List<String> names = Arrays.asList(new String[]{
  "张三", "李四", "王五"});
Predicate<String> checkNameExists = names::contains;
System.out.println(checkNameExists.test("张三"));
System.out.println(checkNameExists.test("张四"));
类型上实例方法引用

语法为: Type::methodName 。运行时引用是指上下文中的对象,如下面的函数来返回字符串的长度

Function<String, Integer> calcStrLength = String::length;
System.out.println(calcStrLength.apply("张三"));
List<String> names = Arrays.asList(new String[]{
  "zhangsan", "lisi", "wangwu"});
names.stream().map(String::length).forEach(System.out::println);

又比如下面的函数已指定的分隔符分割字符串为数组

Stream 对象

概念

什么是 Stream ? 这里的 Stream 不同于 io 中的 InputStream 和 OutputStream,Stream 位于包 java.util.stream 中, 也是 java 8 新加入的,Stream 只的是一组支持串行并行聚合操作的元素,可以理解为集合或者迭代器的增强版。什么是聚合操作?简单举例来说常见的有平均值、最大值、最小值、总和、排序、过滤等。

Stream 的几个特征:

单次处理。一次处理结束后,当前Stream就关闭了。
支持并行操作

常见的获取 Stream 的方式

从集合中获取
Collection.stream();
Collection.parallelStream();
静态工厂
Arrays.stream(array)
Stream.of(T …)
IntStream.range()
这里只对 Stream 做简单的介绍,下面会有具体的应用。要说 Stream 与 Lambda 表达式有什么关系,其实并没有什么特别紧密的关系,只是 Lambda 表达式极大的方便了 Stream 的使用。如果没有 Lambda 表达式,使用 Stream 的过程中会产生大量的匿名类,非常别扭。

举例

以下的demo依赖于 Employee 对象,以及由 Employee 对象组成的 List 对象。

public class Employee { 

    private String name;
    private String sex;
    private int age;

    public Employee(String name, String sex, int age) {
        super();
        this.name = name;
        this.sex = sex;
        this.age = age;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }

    public String getSex() {
        return sex;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder builder = new StringBuilder();
        builder.append("Employee {name=").append(name).append(", sex=").append(sex).append(", age=").append(age)
                .append("}");
        return builder.toString();
    }        
}
List<Employee> employees = new ArrayList<>();
employees.add(new Employee("张三", "男", 25));
employees.add(new Employee("李四", "女", 24));
employees.add(new Employee("王五", "女", 23));
employees.add(new Employee("周六", "男", 22));
employees.add(new Employee("孙七", "女", 21));
employees.add(new Employee("刘八", "男", 20));

打印所有员工

Collection 提供了 forEach 方法,供我们逐个操作单个对象。

employees.forEach(e -> System.out.println(e)); 

或者

employees.stream().forEach(e -> System.out.println(e));

按年龄排序

Collections.sort(employees, (e1, e2) -> e1.getAge() - e2.getAge()); employees.forEach(e -> System.out.println(e));

或者

employees.stream().sorted((e1, e2) -> e1.getAge() - e2.getAge()).forEach(e -> System.out.println(e));

打印年龄最大的女员工

max/min 返回指定排序条件下最大/最小的元素
Employee maxAgeFemaleEmployee = employees.stream()
        .filter(e -> "女".equals(e.getSex()))
        .max((e1, e2) -> e1.getAge() - e2.getAge()) .get(); System.out.println(maxAgeFemaleEmployee);

打印出年龄大于20 的男员工

filter 可以过滤出符合条件的元素
employees.stream()
        .filter(e -> e.getAge() > 20 && "男".equals(e.getSex()))
        .forEach(e -> System.out.println(e));

打印出年龄最大的2名男员工

limit 方法截取有限的元素

employees.stream()
        .filter(e -> "男".equals(e.getSex()))
        .sorted((e1, e2) -> e2.getAge() - e1.getAge())
        .limit(2)
  ```      .forEach(e -> System.out.println(e));

打印出所有男员工的姓名,使用 , 分隔

map 将 Stream 中所有元素的执行给定的函数后返回值组成新的

Stream
String maleEmployeesNames = employees.stream()
.map(e -> e.getName())
.collect(Collectors.joining(“,”));
System.out.println(maleEmployeesNames);

统计信息

IntSummaryStatistics, DoubleSummaryStatistics, LongSummaryStatistics 包含了 Stream 中的汇总数据。

IntSummaryStatistics stat = employees.stream()
        .mapToInt(Employee::getAge).summaryStatistics();
System.out.println("员工总数:" + stat.getCount());
System.out.println("最高年龄:" + stat.getMax());
System.out.println("最小年龄:" + stat.getMin());
System.out.println("平均年龄:" + stat.getAverage());

总结

Lambda 表达式确实可以减少很多代码,能提高生产力,当然也有弊端,就是复杂的表达式可读性会比较差,也可能是还不是很习惯的缘故吧,如果习惯了,相信会喜欢上的。凡事都有两面性,就看我们如何去平衡这其中的利弊了,尤其是在一个团队中。

表达式, Java


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