java语言进阶(七)_Lambda表达式
1 函数式编程思想概述
在数学中,函数就是有输入量、输出量的一套计算方案,也就是“拿什么东西做什么事情”。相对而言,面向对象过分强调“必须通过对象的形式来做事情”,而函数式思想则尽量忽略面向对象的复杂语法——强调做什么,而不是以什么形式做。
面向对象的思想:
做一件事情,找一个能解决这个事情的对象,调用对象的方法,完成事情。
函数式编程思想:
只要能获取到结果,谁去做的,怎么做的都不重要,重视的是结果,不重视过程。
2 冗余的Runnable代码
传统写法
当需要启动一个线程去完成任务时,通常会通过java.lang.Runnable
接口来定义任务内容,并使用java.lang.Thread
类来启动该线程。代码如下:
public class Demo01Runnable {
public static void main(String[] args) {
// 匿名内部类
Runnable task = new Runnable() {
@Override
public void run() { // 覆盖重写抽象方法
System.out.println("多线程任务执行!");
}
};
new Thread(task).start(); // 启动线程
}
}
本着“一切皆对象”的思想,这种做法是无可厚非的:首先创建一个Runnable
接口的匿名内部类对象来指定任务内容,再将其交给一个线程来启动。
代码分析
对于Runnable
的匿名内部类用法,可以分析出几点内容:
Thread
类需要Runnable
接口作为参数,其中的抽象run
方法是用来指定线程任务内容的核心;- 为了指定
run
的方法体,不得不需要Runnable
接口的实现类; - 为了省去定义一个
RunnableImpl
实现类的麻烦,不得不使用匿名内部类; - 必须覆盖重写抽象
run
方法,所以方法名称、方法参数、方法返回值不得不再写一遍,且不能写错; - 而实际上,似乎只有方法体才是关键所在。
3 编程思想转换
做什么,而不是怎么做
真的希望创建一个匿名内部类对象吗?不,只是为了做这件事情而不得不创建一个对象。真正希望做的事情是:将run
方法体内的代码传递给Thread
类知晓。
传递一段代码——这才是真正的目的。而创建对象只是受限于面向对象语法而不得不采取的一种手段方式。那,有没有更加简单的办法?如果将关注点从“怎么做”回归到“做什么”的本质上,就会发现只要能够更好地达到目的,过程与形式其实并不重要。
生活举例
当需要从北京到上海时,可以选择高铁、汽车、骑行或是徒步。真正目的是到达上海,而如何才能到达上海的形式并不重要,所以一直在探索有没有比高铁更好的方式——搭乘飞机。
而现在这种飞机(甚至是飞船)已经诞生:2014年3月Oracle所发布的Java 8(JDK 1.8)中,加入了Lambda表达式的重量级新特性,打开了新世界的大门。
4 体验Lambda的更优写法
借助Java 8的全新语法,上述Runnable
接口的匿名内部类写法可以通过更简单的Lambda表达式达到等效:
public class Demo02LambdaRunnable {
public static void main(String[] args) {
new Thread(() -> System.out.println("多线程任务执行!")).start(); // 启动线程
}
}
这段代码和刚才的执行效果是完全一样的,可以在1.8或更高的编译级别下通过。从代码的语义中可以看出:启动了一个线程,而线程任务的内容以一种更加简洁的形式被指定。
不再有“不得不创建接口对象”的束缚,不再有“抽象方法覆盖重写”的负担,就是这么简单!
5 回顾匿名内部类
Lambda是怎样击败面向对象的?在上例中,核心代码其实只是如下所示的内容:
() -> System.out.println("多线程任务执行!")
为了理解Lambda的语义,需要从传统的代码起步。
使用实现类
要启动一个线程,需要创建一个Thread
类的对象并调用start
方法。而为了指定线程执行的内容,需要调用Thread
类的构造方法:
public Thread(Runnable target)
为了获取Runnable
接口的实现对象,可以为该接口定义一个实现类RunnableImpl
:
public class RunnableImpl implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println("多线程任务执行!");
}
}
然后创建该实现类的对象作为Thread
类的构造参数:
public class Demo03ThreadInitParam {
public static void main(String[] args) {
Runnable task = new RunnableImpl();
new Thread(task).start();
}
}
使用匿名内部类
这个RunnableImpl
类只是为了实现Runnable
接口而存在的,而且仅被使用了唯一一次,所以使用匿名内部类的语法即可省去该类的单独定义,即匿名内部类:
public class Demo04ThreadNameless {
public static void main(String[] args) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("多线程任务执行!");
}
}).start();
}
}
匿名内部类的好处与弊端
一方面,匿名内部类可以省去实现类的定义;另一方面,匿名内部类的语法——确实太复杂了!
语义分析
仔细分析该代码中的语义,Runnable
接口只有一个run
方法的定义:
public abstract void run();
即制定了一种做事情的方案(其实就是一个函数):
- 无参数:不需要任何条件即可执行该方案。
- 无返回值:该方案不产生任何结果。
- 代码块(方法体):该方案的具体执行步骤。
同样的语义体现在Lambda
语法中,要更加简单:
() -> System.out.println("多线程任务执行!")
- 前面的一对小括号即
run
方法的参数(无),代表不需要任何条件; - 中间的一个箭头代表将前面的参数传递给后面的代码;
- 后面的输出语句即业务逻辑代码。
6 Lambda标准格式
Lambda省去面向对象的条条框框,格式由3个部分组成:
- 一些参数
- 一个箭头
- 一段代码
Lambda表达式的标准格式为:
(参数类型 参数名称) -> { 代码语句 }
格式说明:
- 小括号内的语法与传统方法参数列表一致:无参数则留空;多个参数则用逗号分隔。
->
是新引入的语法格式,代表指向动作。- 大括号内的语法与传统方法体要求基本一致。
7 练习:使用Lambda标准格式(无参无返回)
题目
给定一个厨子Cook
接口,内含唯一的抽象方法makeFood
,且无参数、无返回值。如下:
public interface Cook {
void makeFood();
}
在下面的代码中,请使用Lambda的标准格式调用invokeCook
方法,打印输出“吃饭啦!”字样:
public class Demo05InvokeCook {
public static void main(String[] args) {
// TODO 请在此使用Lambda【标准格式】调用invokeCook方法
}
private static void invokeCook(Cook cook) {
cook.makeFood();
}
}
解答
public static void main(String[] args) {
invokeCook(() -> {
System.out.println("吃饭啦!");
});
}
备注:小括号代表
Cook
接口makeFood
抽象方法的参数为空,大括号代表makeFood
的方法体。
8 Lambda的参数和返回值
需求:
使用数组存储多个Person对象
对数组中的Person对象使用Arrays的sort方法通过年龄进行升序排序
下面举例演示java.util.Comparator<T>
接口的使用场景代码,其中的抽象方法定义为:
public abstract int compare(T o1, T o2);
当需要对一个对象数组进行排序时,Arrays.sort
方法需要一个Comparator
接口实例来指定排序的规则。假设有一个Person
类,含有String name
和int age
两个成员变量:
public class Person {
private String name;
private int age;
// 省略构造器、toString方法与Getter Setter
}
传统写法
如果使用传统的代码对Person[]
数组进行排序,写法如下:
import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;
public class Demo06Comparator {
public static void main(String[] args) {
// 本来年龄乱序的对象数组
Person[] array = {
new Person("古力娜扎", 19),
new Person("迪丽热巴", 18),
new Person("马尔扎哈", 20) };
// 匿名内部类
Comparator<Person> comp = new Comparator<Person>() {
@Override
public int compare(Person o1, Person o2) {
return o1.getAge() - o2.getAge();
}
};
Arrays.sort(array, comp); // 第二个参数为排序规则,即Comparator接口实例
for (Person person : array) {
System.out.println(person);
}
}
}
这种做法在面向对象的思想中,似乎也是“理所当然”的。其中Comparator
接口的实例(使用了匿名内部类)代表了“按照年龄从小到大”的排序规则。
代码分析
下面我们来搞清楚上述代码真正要做什么事情。
- 为了排序,
Arrays.sort
方法需要排序规则,即Comparator
接口的实例,抽象方法compare
是关键; - 为了指定
compare
的方法体,不得不需要Comparator
接口的实现类; - 为了省去定义一个
ComparatorImpl
实现类的麻烦,不得不使用匿名内部类; - 必须覆盖重写抽象
compare
方法,所以方法名称、方法参数、方法返回值不得不再写一遍,且不能写错; - 实际上,只有参数和方法体才是关键。
Lambda写法
import java.util.Arrays;
public class Demo07ComparatorLambda {
public static void main(String[] args) {
Person[] array = {
new Person("古力娜扎", 19),
new Person("迪丽热巴", 18),
new Person("马尔扎哈", 20) };
Arrays.sort(array, (Person a, Person b) -> {
return a.getAge() - b.getAge();
});
for (Person person : array) {
System.out.println(person);
}
}
}
9 练习:使用Lambda标准格式(有参有返回)
题目
给定一个计算器Calculator
接口,内含抽象方法calc
可以将两个int数字相加得到和值:
public interface Calculator {
int calc(int a, int b);
}
在下面的代码中,请使用Lambda的标准格式调用invokeCalc
方法,完成120和130的相加计算:
public class Demo08InvokeCalc {
public static void main(String[] args) {
// TODO 请在此使用Lambda【标准格式】调用invokeCalc方法来计算120+130的结果ß
}
private static void invokeCalc(int a, int b, Calculator calculator) {
int result = calculator.calc(a, b);
System.out.println("结果是:" + result);
}
}
解答
public static void main(String[] args) {
invokeCalc(120, 130, (int a, int b) -> {
return a + b;
});
}
备注:小括号代表
Calculator
接口calc
抽象方法的参数,大括号代表calc
的方法体。
10 Lambda省略格式
可推导可省略
Lambda强调的是“做什么”而不是“怎么做”,所以凡是可以根据上下文推导得知的信息,都可以省略。例如上例还可以使用Lambda的省略写法:
public static void main(String[] args) {
invokeCalc(120, 130, (a, b) -> a + b);
}
省略规则
在Lambda标准格式的基础上,使用省略写法的规则为:
- 小括号内参数的类型可以省略;
- 如果小括号内有且仅有一个参,则小括号可以省略;
- 如果大括号内有且仅有一个语句,则无论是否有返回值,都可以【省略大括号、return关键字及语句分号】(注意:要省略三者必须同时省略)。
备注:掌握这些省略规则后,请对应地回顾本章开头的多线程案例。
11 练习:使用Lambda省略格式
题目
仍然使用前文含有唯一makeFood
抽象方法的厨子Cook
接口,在下面的代码中,请使用Lambda的省略格式调用invokeCook
方法,打印输出“吃饭啦!”字样:
public class Demo09InvokeCook {
public static void main(String[] args) {
// TODO 请在此使用Lambda【省略格式】调用invokeCook方法
}
private static void invokeCook(Cook cook) {
cook.makeFood();
}
}
解答
public static void main(String[] args) {
invokeCook(() -> System.out.println("吃饭啦!"));
}
12 Lambda的使用前提
Lambda的语法非常简洁,完全没有面向对象复杂的束缚。但是使用时有几个问题需要特别注意:
- 使用Lambda必须具有接口,且要求接口中有且仅有一个抽象方法。
无论是JDK内置的Runnable
、Comparator
接口还是自定义的接口,只有当接口中的抽象方法存在且唯一时,才可以使用Lambda。 - 使用Lambda必须具有上下文推断。
也就是方法的参数或局部变量类型必须为Lambda对应的接口类型,才能使用Lambda作为该接口的实例。
备注:有且仅有一个抽象方法的接口,称为“函数式接口”。
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