Java中的Lambda表达式简介及应用

在接触Lambda表达式、了解其作用之前，首先来看一下，不用Lambda的时候我们是怎么来做事情的。

我们的需求是，创建一个动物(Animal)的列表，里面有动物的物种名，以及这种动物是否会跳，是否会游泳，并可以根据需要打印出会跳和会游泳的动物名。

首先我们创建一个Animal类：

public class Animal {
	private String species;
	private boolean canHop;
	private boolean canSwim;
	private boolean canFly;
	
	public Animal(String speciesName, boolean hopper, boolean swimmer, boolean flyer) {
		species = speciesName;
		canHop = hopper;
		canSwim = swimmer;
		canFly = flyer;
	}
	
	public boolean canHop() {
		return canHop;
	}
	
	public boolean canSwim() {
		return canSwim;
	}

	public boolean canFly() {
		return canFly;
	}
	
	public String toString() {
		return species;
	}
}

这个Animal类有四个私有的实例变量和三个共公有的方法。

变量
字符串型的species，用来记录动物的物种名，布尔型的canHop，canSwim和canFly，用来记录这种动物是否能跳，是否能游泳，是否会飞。
构造方法实例化对象的时候会给这些变量赋值。

方法
前三个是返回值为布尔型的canHop()，canSwim()和canFly()，调用方法时返回canHop，canSwim和canFly变量的值
另外还有一个重写的toString()方法，用于在程序中识别动物的物种名。

下面这段代码创建了一个ArrayList并向List内添加了五个Animal对象，对应五种动物和各自的能力：

List<Animal> animals = new ArrayList<Animal>();
animals.add(new Animal("fish", false, true, false));
animals.add(new Animal("kangroo", true, false, false));
animals.add(new Animal("rabbit", true, false, false));
animals.add(new Animal("turtle", false, true, false));
animals.add(new Animal("bird", true, true, true));

为了判断某种动物是否会跳跃或者会游泳（会不会飞先不管），我们可以写两个方法来返回Animal类的canHop()和canSwim()，即获取到了canHop和canSwim私有变量：

public boolean checkIfHopper(Animal a) {
	return a.canHop();
}

public boolean checkIfSwimmer(Animal a) {
	return a.canSwim();
}

在此为了说明Lambda表达式的作用，在这里我们把这两个方法分别放到两个类中，并把方法名改为test：
（不要问为什么起名叫test而不是Test或者TEST，也不要问为什么一定要把两个方法拆分到两个类里面，照做就是了，后面会说）

public class CheckIfHopper {
	public boolean test(Animal a) {
		return a.canHop();
	}
}

public class CheckIfSwimmer {
	public boolean test(Animal a) {
		return a.canSwim();
	}
}

（一个java文件里只能有一个public class，这里是为了方便所以把多个public class放在一段代码里的，下同）

为了校验这两种能力，我们分别创建了一个类，里面分别只有一个方法。即一个类校验一种能力。
按照这个思路，我们可以创建一个名为CheckTraits的接口，来让上面这些类来实现这个接口：

public interface CheckTraits {
	boolean test(Animal a);
}

public class CheckIfHopper implements CheckTraits {
	public boolean test(Animal a) {
		return a.canHop();
	}
}

public class CheckIfSwimmer implements CheckTraits {
	public boolean test(Animal a) {
		return a.canSwim();
	}
}

CheckTraits接口有且只有一个方法boolean test(Animal a)。该方法接受一个Animal类型的对象，并返回布尔值。

有了校验能力的方法，接下来我们只需要去按需要调用这些方法就好了。我们来写一个print方法，接受一个动物列表animals和一个校验种类checker作为参数，打印出列表内符合要求的动物：

private static void print(List<Animal> animals, CheckTraits checker) {
	for (Animal animal : animals) {
		if (checker.test(animal)) {
			System.out.print(animal + " ");
		}
		System.out.println();
	}
}

完整的TraditionalSearch.java代码如下：

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

public class TraditionalSearch {
	public static void main(String[] args) {
		List<Animal> animals = new ArrayList<Animal>();
		animals.add(new Animal("fish", false, true, false));
		animals.add(new Animal("kangroo", true, false, false));
		animals.add(new Animal("rabbit", true, false, false));
		animals.add(new Animal("turtle", false, true, false));
		animals.add(new Animal("bird", true, true, true));

		print(animals, new CheckIfHopper());
                System.out.println("-----");
                print(animals, new CheckIfSwimmer());
	}

	private static void print(List<Animal> animals, CheckTraits checker) {
		for (Animal animal : animals) {
			if (checker.test(animal)) {
				System.out.print(animal + " ");
			}
			System.out.println();
		}
	}
}

代码输出结果为：

kangroo 
rabbit 

bird 
-----
fish 


turtle 
bird 
  

到目前为止，我们

• 创建了一个Animal类
• 写了两个校验方法，分别放到了两个类CheckIfHopper、CheckIfSwimmer里面
• 写了一个接口CheckTraits，让上面的这两个类实现自这个接口
• 在print方法里调用print(animals, new CheckIfHopper()) 或 print(animals, new CheckIfSwimmer())

做了这么多铺垫，所以Lambda表达式到底是什么？

首先思考一个问题，根据上面判断跳和游泳的思路，如果想增加一个是否能飞的判断，需要做什么？

• 创建一个CheckIfFlyer类
• 实现CheckTraits接口
• 设置test()方法返回值为a.canFly（还记得这个test方法吗？这个就是我们校验能力的接口里唯一的一个方法名）
• 在print方法里调用print(animals, new CheckIfFlyer())

虽然这样做也不会增加几行代码，也就是多创建一个类的事情。但是Lambda表达式可以做到更简单：

• 在print方法里调用print(ainmals, a -> a.canFly())或者print(ainmals, (Animal a) -> {return a.canFly();))

看到了吗？就是这样，并不需要创建一个新的类，也不需要修改test()方法。

我们来看一下Lambda表达式的结构：

• 左边的a是Lambda表达式的唯一参数。
• 中间的箭头->用来分隔参数和主体
• 右边的a.canHop()是主体，调用唯一方法并返回方法的返回值

上图的结构式Lambda表达式的简洁形式，另外一种更为全面和复杂（并不）：

• 当且仅当有且只有一个参数的时候，括号和参数类型才可以被省略
• 主体部分只有一条语句的时候，Lambda表达式不但可以让你省掉花括号{ }，还可以让你省略掉return和后面的分号;
• 主体部分有多条语句构成一个语句块的时候，花括号内分号不可省略

现在我们了解了Lambda的形式，那么Lambda具体是怎么发挥作用的呢？这要从我们的print()方法说起：

private static void print(List<Animal> animals, CheckTraits checker)

当我们调用print(ainmals, a -> a.canFly()的时候，我们是将Lambda表达式a -> a.canFly()作为print方法的第二个参数传过去的。
print方法的第二个参数接收类型为CheckTraits的变量，所以Java会尝试将Lambda表达式映射到CheckTraits接口上：

boolean test(Animal a);

• 因为test方法接收Animal类型的变量，所以Lambda表达式的参数也必须为Animal类型
• 因为test方法的返回值是布尔型，所以Lambda主体也会返回布尔型的值

所以这里其实可以理解为，把简略形式的a -> a.canFly()映射为了具体形式的(Animal a) -> {return a.canFly();}
这里用到了一种叫延迟执行（Deferred Execution）的概念，所谓延迟执行就是”先定义，再执行“。在调用的时候定义了参数的类型和返回值，等执行到print方法里的时候再去执行主体获得返回值。

关于Lambda还有很多更复杂的应用，比如可以使用Predicate<T>接口来省掉自己写接口的步骤，感兴趣可以进一步详细学习。
参考资料：OCA: Oracle Certified Associate Java SE 8 Programmer I Study Guide