Java8之lambda表达式

一、什么是lambda表达式？

     Lambda 是一个匿名函数，我们可以把 Lambda 表达式理解为是一段可以传递的代码(将代码像数据一样进行传递)。可以写出更简洁、更灵活的代码。作为一种更紧凑的代码风格，使 Java的语言表达能力得到了提升。

匿名内部类的写法：

public void demo1(){
    
    Comparator<Integer> comparator = new Comparator<Integer>() {
        @Override
        public int compare(Integer o1, Integer o2) {
            return Integer.compare(o1, o2);
        }
    };
    
    Runnable runnable = new Runnable() {
        @Override
        public void run() {}
    };
}

这样写会发现一个问题，实现的方法是冗余的代码，实际当中并没有什么用处。我们看看Lambda的写法。

Lambda表达式的写法

public void demo2(){
    
    Comparator<Integer> comparator = (x,y) -> Integer.compare(x, y);
    
    Runnable runnable = () -> System.out.println("lambda表达式");
}

我们会发现Lambda表达式的写法更加的简洁、灵活。它只关心参数和执行的功能（具体需要干什么，比如->后的Integer.compare(x, y)）。

二、lambda表达式语法

lambda表达式的一般语法：

(Type1 param1, Type2 param2, ..., TypeN paramN) -> {
  statment1;
  statment2;
  //.............
  return statmentM;
}

包含三个部分：参数列表，箭头（->），以及一个表达式或语句块。

1.一个括号内用逗号分隔的形式参数，参数是函数式接口里面方法的参数

2.一个箭头符号：->

3.方法体，可以是表达式和代码块，方法体是函数式接口里面方法的实现，如果是代码块，则必须用{}来包裹起来，且需要一个return 返回值，但有个例外，若函数式接口里面方法返回值是void，则无需{}。

总体看起来像这样：

(parameters) -> expression 或者 (parameters) -> { statements; }

上面的lambda表达式语法可以认为是最全的版本，写起来还是稍稍有些繁琐。别着急，下面陆续介绍一下lambda表达式的各种简化版：

1. 参数类型省略–绝大多数情况，编译器都可以从上下文环境中推断出lambda表达式的参数类型。这样lambda表达式就变成了：

(param1,param2, ..., paramN) -> {
  statment1;
  statment2;
  //.............
  return statmentM;
}

2. 单参数语法：当lambda表达式的参数个数只有一个，可以省略小括号。lambda表达式简写为：

param1 -> {
  statment1;
  statment2;
  //.............
  return statmentM;
}

3. 单语句写法：当lambda表达式只包含一条语句时，可以省略大括号、return和语句结尾的分号。lambda表达式简化为：

param1 -> statment

下面看几个例子：

demo1：无参，无返回值，Lambda 体只需一条语句

Runnable runnable = () -> System.out.println("lamda表达式");

demo2：Lambda 只需要一个参数

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

demo3：Lambda 只需要一个参数时,参数的小括号可以省略

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

demo4：Lambda 需要两个参数

Comparator<Integer> comparator = (x, y) -> Integer.compare(x, y);

demo5：当 Lambda 体只有一条语句时，return 与大括号可以省略

BinaryOperator<Integer> binaryOperator=(x,y)->(x+y);

demo6：数据类型可以省略,因为可由编译器推断得出，称为“类型推断”

BinaryOperator<Integer> bo=(x,y)->{
System.out.println("Lambda");
return x+y;};

类型推断

    上述 Lambda 表达式中的参数类型都是由编译器推断得出的。Lambda 表达式中无需指定类型，程序依然可以编译，这是因为 javac 根据程序的上下文，在后台推断出了参数的类型。Lambda 表达式的类型依赖于上下文环境，是由编译器推断出来的。这就是所谓的 “类型推断”。

三、lambda表达式的类型

我们都知道，Java是一种强类型语言。所有的方法参数都有类型，那么lambda表达式是一种什么类型呢？

View.OnClickListener listener = new View.OnClickListener() {
    @Override
    public void onClick(View v) {
        //...
    }
};
        
button.setOnClickListener(listener);

如上所示，以往我们是通过使用单一方法的接口来代表一个方法并且重用它。

在lambda表达式中，仍使用的和之前一样的形式。我们叫做函数式接口(functional interface)。如我们之前button的点击响应事件使用的View.OnClickListener就是一个函数式接口。

public class View implements Drawable.Callback, KeyEvent.Callback,
    AccessibilityEventSource {
    ...
    
    public interface OnClickListener {
        void onClick(View v);
    }
    ...
}

那究竟什么样的接口是函数式接口呢？

     函数式接口是只有一个抽象方法的接口，用作表示lambda表达式的类型。 比如Java标准库中的java.lang.Runnable和java.util.Comparator都是典型的函数式接口。java 8提供 @FunctionalInterface作为注解，这个注解是非必须的，只要接口符合函数式接口的标准（即只包含一个方法的接口），虚拟机会自动判断，但最好在接口上使用注解@FunctionalInterface进行声明，以免团队的其他人员错误地往接口中添加新的方法。举例如下：

@FunctionalInterface
public interface Runnable { void run(); }

public interface Callable<V> { V call() throws Exception; }

public interface ActionListener { void actionPerformed(ActionEvent e); }

public interface Comparator<T> { 
    int compare(T o1, T o2); 
    
    boolean equals(Object obj); 
}

     注意最后这个Comparator接口。它里面声明了两个方法，貌似不符合函数接口的定义，但它的确是函数接口。这是因为equals方法是Object的，所有的接口都会声明Object的public方法——虽然大多是隐式的。所以，Comparator显式的声明了equals不影响它依然是个函数接口。

     Java中的lambda无法单独出现，它需要一个函数式接口来盛放，lambda表达式方法体其实就是函数接口的实现。即Lambda表达式不能脱离目标类型存在，这个目标类型就是函数式接口，看下面的例子： 

String []datas = new String[] {"peng","zhao","li"};
Comparator<String> comp = (v1,v2) -> Integer.compare(v1.length(), v2.length());
Arrays.sort(datas,comp);
Stream.of(datas).forEach(param -> {System.out.println(param);}); 

Lambda表达式被赋值给了comp函数接口变量。

你可以用一个lambda表达式为一个函数接口赋值：

Runnable r1 = () -> {System.out.println("Hello Lambda!");};

 然后再赋值给一个Object：

Object obj = r1;

但却不能这样干：

 Object obj = () -> {System.out.println("Hello Lambda!");}; // ERROR! Object is not a functional interface!

必须显式的转型成一个函数接口才可以：

Object o = (Runnable) () -> { System.out.println("hi"); }; // correct

一个lambda表达式只有在转型成一个函数接口后才能被当做Object使用。所以下面这句也不能编译：

 System.out.println( () -> {} ); //错误! 目标类型不明

必须先转型：

System.out.println( (Runnable)() -> {} ); // 正确

假设你自己写了一个函数接口，长的跟Runnable一模一样：

@FunctionalInterface
public interface MyRunnable {
    public void run();
}

那么

Runnable r1 =    () -> {System.out.println("Hello Lambda!");};
MyRunnable2 r2 = () -> {System.out.println("Hello Lambda!");};

都是正确的写法。这说明一个lambda表达式可以有多个目标类型（函数接口），只要函数匹配成功即可。但需注意一个lambda表达式必须至少有一个目标类型。

JDK预定义了很多函数接口以避免用户重复定义。最典型的是Function：

@FunctionalInterface
public interface Function<T, R> {  
    R apply(T t);
}

这个接口代表一个函数，接受一个T类型的参数，并返回一个R类型的返回值。另一个预定义函数接口叫做Consumer，跟Function的唯一不同是它没有返回值。

@FunctionalInterface
public interface Consumer<T> {
    void accept(T t);
}

还有一个Predicate，用来判断某项条件是否满足。经常用来进行筛滤操作：

@FunctionalInterface
public interface Predicate<T> {
    boolean test(T t);
}

综上所述，一个lambda表达式其实就是定义了一个匿名方法，只不过这个方法必须符合至少一个函数接口。

四、lambda表达式可使用的变量

先举例：

@Test
public void test1(){
    //将为列表中的字符串添加前缀字符串
    String waibu = "lambda :";
    List<String> proStrs = Arrays.asList(new String[]{"Ni","Hao","Lambda"});
    List<String>execStrs = proStrs.stream().map(chuandi -> {
        Long zidingyi = System.currentTimeMillis();
        return waibu + chuandi + " -----:" + zidingyi;
    }).collect(Collectors.toList());
    
    execStrs.forEach(System.out::println);
}

输出：

lambda :Ni -----:1498722594781
lambda :Hao -----:1498722594781
lambda :Lambda -----:1498722594781

变量waibu ：外部变量

变量chuandi ：传递变量

变量zidingyi ：内部自定义变量

     lambda表达式可以访问给它传递的变量，访问自己内部定义的变量，同时也能访问它外部的变量。不过lambda表达式访问外部变量有一个非常重要的限制：变量不可变（只是引用不可变，而不是真正的不可变）。

当在表达式内部修改waibu = waibu + " ";时，IDE就会提示你：

Local variable waibu defined in an enclosing scope must be final or effectively final

编译时会报错。因为变量waibu被lambda表达式引用，所以编译器会隐式的把其当成final来处理。

以前Java的匿名内部类在访问外部变量的时候，外部变量必须用final修饰。现在java8对这个限制做了优化，可以不用显示使用final修饰，但是编译器隐式当成final来处理。

五、lambda表达式作用域

总体来说,Lambda表达式的变量作用域与内部类非常相似，只是条件相对来说，放宽了些，以前内部类要想引用外部类的变量，必须像下面这样 

final String[] datas = new String[] { "peng", "Zhao", "li" };
new Thread(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(datas);
    }
}).start();

将变量声明为final类型的，现在在Java 8中可以这样写代码

String []datas = new String[] {"peng","Zhao","li"};
new Thread(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(datas);
    }
}).start();

也可以这样写：

new Thread(() -> System.out.println(datas)).start();

     看了上面的两段代码，能够发现一个显著的不同，就是Java 8中内部类或者Lambda表达式对外部类变量的引用条件放松了，不要求强制的加上final关键字了，但是Java 8中要求这个变量是effectively final。What is effectively final?

Effectively final就是有效只读变量，意思是这个变量可以不加final关键字，但是这个变量必须是只读变量，即一旦定义后，在后面就不能再随意修改，如下代码会编译出错

String []datas = new String[] {"peng","Zhao","li"};
datas = null;
new Thread(() -> System.out.println(datas)).start();

Java中内部类以及Lambda表达式中也不允许修改外部类中的变量，这是为了避免多线程情况下的race condition。

六、lambda表达式中的this概念

在lambda中，this不是指向lambda表达式产生的那个对象，而是声明它的外部对象。

例如：

package com.demo;

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;

public class WhatThis {
    
    public void whatThis(){
        //转全小写
         List<String> proStrs = Arrays.asList(new String[]{"Ni","Hao","Lambda"});
        List<String> execStrs = proStrs.stream().map(str -> {
             System.out.println(this.getClass().getName());
             return str.toLowerCase();
        }).collect(Collectors.toList());
        
        execStrs.forEach(System.out::println);
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        WhatThis wt = new WhatThis();
        wt.whatThis();
    }

}

输出：

com.wzg.test.WhatThis
com.wzg.test.WhatThis
com.wzg.test.WhatThis
ni
hao
lambda