Java基础学习总结(44)——10个Java 8 Lambda表达式经典示例
Java 8 刚于几周前发布,日期是2014年3月18日,这次开创性的发布在Java社区引发了不少讨论,并让大家感到激动。特性之一便是随同发布的lambda表达式,它将允许我们将行为传到函数里。在Java 8之前,如果想将行为传入函数,仅有的选择就是匿名类,需要6行代码。而定义行为最重要的那行代码,却混在中间不够突出。Lambda表达式取代了匿名类,取消了模板,允许用函数式风格编写代码。这样有时可读性更好,表达更清晰。在Java生态系统中,函数式表达与对面向对象的全面支持是个激动人心的进步。将进一步促进并行第三方库的发展,充分利用多核CPU。尽管业界需要时间来消化Java 8,但我认为任何严谨的Java开发者都不应忽视此次Java发布的核心特性,即lambda表达式、函数式接口、流API、默认方法和新的Date以及Time API。作为开发人员,我发现学习和掌握lambda表达式的最佳方法就是勇于尝试,尽可能多练习lambda表达式例子。鉴于受Java 8发布的影响最大的是Java集合框架(Java Collections framework),所以最好练习流API和lambda表达式,用于对列表(Lists)和集合(Collections)数据进行提取、过滤和排序。我一直在进行关于Java 8的写作,过去也曾分享过一些资源来帮助大家掌握Java 8。本文分享在代码中最有用的10个lambda表达式的使用方法,这些例子都短小精悍,将帮助你快速学会lambda表达式。
Java 8 lambda表达式示例
我个人对Java 8发布非常激动,尤其是lambda表达式和流API。越来越多的了解它们,我能写出更干净的代码。虽然一开始并不是这样。第一次看到用lambda表达式写出来的Java代码时,我对这种神秘的语法感到非常失望,认为它们把Java搞得不可读,但我错了。花了一天时间做了一些lambda表达式和流API示例的练习后,我开心的看到了更清晰的Java代码。这有点像学习泛型,第一次见的时候我很讨厌它。我甚至继续使用老版Java 1.4来处理集合,直到有一天,朋友跟我介绍了使用泛型的好处(才意识到它的好处)。所以基本立场就是,不要畏惧lambda表达式以及方法引用的神秘语法,做几次练习,从集合类中提取、过滤数据之后,你就会喜欢上它。下面让我们开启学习Java 8 lambda表达式的学习之旅吧,首先从简单例子开始。
例1、用lambda表达式实现Runnable
我开始使用Java 8时,首先做的就是使用lambda表达式替换匿名类,而实现Runnable接口是匿名类的最好示例。看一下Java 8之前的runnable实现方法,需要4行代码,而使用lambda表达式只需要一行代码。我们在这里做了什么呢?那就是用() -> {}代码块替代了整个匿名类。
输出:
这个例子向我们展示了Java 8 lambda表达式的语法。你可以使用lambda写出如下代码:
例如,如果你的方法不对参数进行修改、重写,只是在控制台打印点东西的话,那么可以这样写:
如果你的方法接收两个参数,那么可以写成如下这样:
顺便提一句,通常都会把lambda表达式内部变量的名字起得短一些。这样能使代码更简短,放在同一行。所以,在上述代码中,变量名选用a、b或者x、y会比even、odd要好。
例2、使用Java 8 lambda表达式进行事件处理
如果你用过Swing API编程,你就会记得怎样写事件监听代码。这又是一个旧版本简单匿名类的经典用例,但现在可以不这样了。你可以用lambda表达式写出更好的事件监听代码,如下所示:
Java开发者经常使用匿名类的另一个地方是为 Collections.sort() 定制 Comparator。在Java 8中,你可以用更可读的lambda表达式换掉丑陋的匿名类。我把这个留做练习,应该不难,可以按照我在使用lambda表达式实现 Runnable 和 ActionListener 的过程中的套路来做。
例3、使用lambda表达式对列表进行迭代
如果你使过几年Java,你就知道针对集合类,最常见的操作就是进行迭代,并将业务逻辑应用于各个元素,例如处理订单、交易和事件的列表。由于Java是命令式语言,Java 8之前的所有循环代码都是顺序的,即可以对其元素进行并行化处理。如果你想做并行过滤,就需要自己写代码,这并不是那么容易。通过引入lambda表达式和默认方法,将做什么和怎么做的问题分开了,这意味着Java集合现在知道怎样做迭代,并可以在API层面对集合元素进行并行处理。下面的例子里,我将介绍如何在使用lambda或不使用lambda表达式的情况下迭代列表。你可以看到列表现在有了一个 forEach() 方法,它可以迭代所有对象,并将你的lambda代码应用在其中。
输出:
列表循环的最后一个例子展示了如何在Java 8中使用方法引用(method reference)。你可以看到C++里面的双冒号、范围解析操作符现在在Java 8中用来表示方法引用。
例4、使用lambda表达式和函数式接口Predicate
除了在语言层面支持函数式编程风格,Java 8也添加了一个包,叫做 java.util.function。它包含了很多类,用来支持Java的函数式编程。其中一个便是Predicate,使用 java.util.function.Predicate 函数式接口以及lambda表达式,可以向API方法添加逻辑,用更少的代码支持更多的动态行为。下面是Java 8 Predicate 的例子,展示了过滤集合数据的多种常用方法。Predicate接口非常适用于做过滤。
输出:
可以看到,Stream API的过滤方法也接受一个Predicate,这意味着可以将我们定制的 filter() 方法替换成写在里面的内联代码,这就是lambda表达式的魔力。另外,Predicate接口也允许进行多重条件的测试,下个例子将要讲到。
例5、如何在lambda表达式中加入Predicate
上个例子说到,java.util.function.Predicate 允许将两个或更多的 Predicate 合成一个。它提供类似于逻辑操作符AND和OR的方法,名字叫做and()、or()和xor(),用于将传入 filter() 方法的条件合并起来。例如,要得到所有以J开始,长度为四个字母的语言,可以定义两个独立的 Predicate 示例分别表示每一个条件,然后用 Predicate.and() 方法将它们合并起来,如下所示:
类似地,也可以使用 or() 和 xor() 方法。本例着重介绍了如下要点:可按需要将 Predicate 作为单独条件然后将其合并起来使用。简而言之,你可以以传统Java命令方式使用 Predicate 接口,也可以充分利用lambda表达式达到事半功倍的效果。
例6、Java 8中使用lambda表达式的Map和Reduce示例
本例介绍最广为人知的函数式编程概念map。它允许你将对象进行转换。例如在本例中,我们将 costBeforeTax 列表的每个元素转换成为税后的值。我们将 x -> x*x lambda表达式传到 map() 方法,后者将其应用到流中的每一个元素。然后用 forEach() 将列表元素打印出来。使用流API的收集器类,可以得到所有含税的开销。有 toList() 这样的方法将 map 或任何其他操作的结果合并起来。由于收集器在流上做终端操作,因此之后便不能重用流了。你甚至可以用流API的 reduce() 方法将所有数字合成一个,下一个例子将会讲到。
输出:
例6.2、Java 8中使用lambda表达式的Map和Reduce示例
在上个例子中,可以看到map将集合类(例如列表)元素进行转换的。还有一个 reduce() 函数可以将所有值合并成一个。Map和Reduce操作是函数式编程的核心操作,因为其功能,reduce 又被称为折叠操作。另外,reduce 并不是一个新的操作,你有可能已经在使用它。SQL中类似 sum()、avg() 或者 count() 的聚集函数,实际上就是 reduce 操作,因为它们接收多个值并返回一个值。流API定义的 reduceh() 函数可以接受lambda表达式,并对所有值进行合并。IntStream这样的类有类似 average()、count()、sum() 的内建方法来做 reduce 操作,也有mapToLong()、mapToDouble() 方法来做转换。这并不会限制你,你可以用内建方法,也可以自己定义。在这个Java 8的Map Reduce示例里,我们首先对所有价格应用 12% 的VAT,然后用 reduce() 方法计算总和。
输出:
例7、通过过滤创建一个String列表
过滤是Java开发者在大规模集合上的一个常用操作,而现在使用lambda表达式和流API过滤大规模数据集合是惊人的简单。流提供了一个 filter() 方法,接受一个 Predicate 对象,即可以传入一个lambda表达式作为过滤逻辑。下面的例子是用lambda表达式过滤Java集合,将帮助理解。
输出:
另外,关于 filter() 方法有个常见误解。在现实生活中,做过滤的时候,通常会丢弃部分,但使用filter()方法则是获得一个新的列表,且其每个元素符合过滤原则。
例8、对列表的每个元素应用函数
我们通常需要对列表的每个元素使用某个函数,例如逐一乘以某个数、除以某个数或者做其它操作。这些操作都很适合用 map() 方法,可以将转换逻辑以lambda表达式的形式放在 map() 方法里,就可以对集合的各个元素进行转换了,如下所示。
输出:
例9、复制不同的值,创建一个子列表
本例展示了如何利用流的 distinct() 方法来对集合进行去重。
输出:
例10、计算集合元素的最大值、最小值、总和以及平均值
IntStream、LongStream 和 DoubleStream 等流的类中,有个非常有用的方法叫做 summaryStatistics() 。可以返回 IntSummaryStatistics、LongSummaryStatistics 或者 DoubleSummaryStatistic s,描述流中元素的各种摘要数据。在本例中,我们用这个方法来计算列表的最大值和最小值。它也有 getSum() 和 getAverage() 方法来获得列表的所有元素的总和及平均值。
输出:
Lambda表达式 vs 匿名类
既然lambda表达式即将正式取代Java代码中的匿名内部类,那么有必要对二者做一个比较分析。一个关键的不同点就是关键字 this。匿名类的 this 关键字指向匿名类,而lambda表达式的 this 关键字指向包围lambda表达式的类。另一个不同点是二者的编译方式。Java编译器将lambda表达式编译成类的私有方法。使用了Java 7的 invokedynamic 字节码指令来动态绑定这个方法。
Java 8 Lambda表达式要点
10个Java lambda表达式、流API示例
到目前为止我们看到了Java 8的10个lambda表达式,这对于新手来说是个合适的任务量,你可能需要亲自运行示例程序以便掌握。试着修改要求创建自己的例子,达到快速学习的目的。我还想建议大家使用Netbeans IDE来练习lambda表达式,它对Java 8支持良好。当把代码转换成函数式的时候,Netbeans会及时给你提示。只需跟着Netbeans的提示,就能很容易地把匿名类转换成lambda表达式。此外,如果你喜欢阅读,那么记得看一下Java 8的lambdas,实用函数式编程这本书(Java 8 Lambdas, pragmatic functional programming),作者是Richard Warburton,或者也可以看看Manning的Java 8实战(Java 8 in Action),这本书虽然还没出版,但我猜线上有第一章的免费pdf。不过,在你开始忙其它事情之前,先回顾一下Java 8的lambda表达式、默认方法和函数式接口的重点知识。
1)lambda表达式仅能放入如下代码:预定义使用了 @Functional 注释的函数式接口,自带一个抽象函数的方法,或者SAM(Single Abstract Method 单个抽象方法)类型。这些称为lambda表达式的目标类型,可以用作返回类型,或lambda目标代码的参数。例如,若一个方法接收Runnable、Comparable或者 Callable 接口,都有单个抽象方法,可以传入lambda表达式。类似的,如果一个方法接受声明于 java.util.function 包内的接口,例如 Predicate、Function、Consumer 或 Supplier,那么可以向其传lambda表达式。
2)lambda表达式内可以使用方法引用,仅当该方法不修改lambda表达式提供的参数。本例中的lambda表达式可以换为方法引用,因为这仅是一个参数相同的简单方法调用。
然而,若对参数有任何修改,则不能使用方法引用,而需键入完整地lambda表达式,如下所示:
事实上,可以省略这里的lambda参数的类型声明,编译器可以从列表的类属性推测出来。
3)lambda内部可以使用静态、非静态和局部变量,这称为lambda内的变量捕获。
4)Lambda表达式在Java中又称为闭包或匿名函数,所以如果有同事把它叫闭包的时候,不用惊讶。
5)Lambda方法在编译器内部被翻译成私有方法,并派发 invokedynamic 字节码指令来进行调用。可以使用JDK中的 javap 工具来反编译class文件。使用 javap -p 或 javap -c -v 命令来看一看lambda表达式生成的字节码。大致应该长这样:
6)lambda表达式有个限制,那就是只能引用 final 或 final 局部变量,这就是说不能在lambda内部修改定义在域外的变量。
另外,只是访问它而不作修改是可以的,如下所示:
输出:
因此,它看起来更像不可变闭包,类似于Python。
以上就是Java 8的lambda表达式的全部10个例子。此次修改将成为Java史上最大的一次,将深远影响未来Java开发者使用集合框架的方式。我想规模最相似的一次修改就是Java 5的发布了,它带来了很多优点,提升了代码质量,例如:泛型、枚举、自动装箱(Autoboxing)、静态导入、并发API和变量参数。上述特性使得Java代码更加清晰,我想lambda表达式也将进一步改进它。我在期待着开发并行第三方库,这可以使高性能应用变得更容易写。