深入浅出 Java 8 Lambda 表达式

摘要：此篇文章主要介绍 Java8 Lambda 表达式产生的背景和用法，以及 Lambda 表达式与匿名类的不同等。本文系 OneAPM 工程师编译整理。

Java 是一流的面向对象语言，除了部分简单数据类型，Java 中的一切都是对象，即使数组也是一种对象，每个类创建的实例也是对象。在 Java 中定义的函数或方法不可能完全独立，也不能将方法作为参数或返回一个方法给实例。

从 Swing 开始，我们总是通过匿名类给方法传递函数功能，以下是旧版的事件监听代码：

1.  someObject.addMouseListener(new MouseAdapter() {
2.          public void mouseClicked(MouseEvent e) {
3.   
4.              //Event listener implementation goes here...
5.   
6.          }
7.      });
``` Java
在上面的例子里，为了给 Mouse 监听器添加自定义代码，我们定义了一个匿名内部类 MouseAdapter 并创建了它的对象，通过这种方式，我们将一些函数功能传给 addMouseListener 方法。

简而言之，在 Java 里将普通的方法或函数像参数一样传值并不简单，为此，Java 8 增加了一个语言级的新特性，名为 Lambda 表达式。

## 为什么 Java 需要 Lambda 表达式？

如果忽视注解(Annotations)、泛型(Generics)等特性，自 Java 语言诞生时起，它的变化并不大。Java 一直都致力维护其对象至上的特征，在使用过 JavaScript 之类的函数式语言之后，Java 如何强调其面向对象的本质，以及源码层的数据类型如何严格变得更加清晰可感。其实，函数对 Java 而言并不重要，在 Java 的世界里，函数无法独立存在。

![](http://www.jcodecraeer.com/uploads/20151103/1446537371412545.png)

在函数式编程语言中，函数是一等公民，它们可以独立存在，你可以将其赋值给一个变量，或将他们当做参数传给其他函数。JavaScript 是最典型的函数式编程语言。点击[此处](http://eloquentjavascript.net/chapter6.html)以及[此处](http://www.ibm.com/developerworks/library/wa-javascript/index.html)可以清楚了解 JavaScript 这种函数式语言的好处。函数式语言提供了一种强大的功能——闭包，相比于传统的编程方法有很多优势，闭包是一个可调用的对象，它记录了一些信息，这些信息来自于创建它的作用域。Java 现在提供的最接近闭包的概念便是 Lambda 表达式，虽然闭包与 Lambda 表达式之间存在显著差别，但至少 Lambda 表达式是闭包很好的替代者。

在 Steve Yegge 辛辣又幽默的[博客文章](http://steve-yegge.blogspot.com/2006/03/execution-in-kingdom-of-nouns.html)里，描绘了 Java 世界是如何严格地以名词为中心的，如果你还没看过，赶紧去读吧，写得非常风趣幽默，而且恰如其分地解释了为什么 Java 要引进 Lambda 表达式。

Lambda 表达式为 Java 添加了缺失的函数式编程特点，使我们能将函数当做一等公民看待。尽管不完全正确，我们很快就会见识到 Lambda 与闭包的不同之处，但是又无限地接近闭包。在支持一类函数的语言中，Lambda 表达式的类型将是函数。但是，在 Java 中，Lambda 表达式是对象，他们必须依附于一类特别的对象类型——函数式接口(functional interface)。我们会在后文详细介绍函数式接口。

Mario Fusco 的这篇思路清晰的[文章](http://java.dzone.com/articles/why-we-need-Lambda-expressions)介绍了为什么 Java 需要 Lambda 表达式。他解释了为什么现代编程语言必须包含闭包这类特性。

## Lambda 表达式简介

Lambda 表达式是一种匿名函数(对 Java 而言这并不完全正确，但现在姑且这么认为)，简单地说，它是没有声明的方法，也即没有访问修饰符、返回值声明和名字。

你可以将其想做一种速记，在你需要使用某个方法的地方写上它。当某个方法只使用一次，而且定义很简短，使用这种速记替代之尤其有效，这样，你就不必在类中费力写声明与方法了。

![](http://www.jcodecraeer.com/uploads/20151103/1446537385126061.png)

Java 中的 Lambda 表达式通常使用 (argument) -> (body) 语法书写，例如：
``` Java
1.  (arg1, arg2...) -> { body }
2.   
3.  (type1 arg1, type2 arg2...) -> { body }
``` Java
以下是一些 Lambda 表达式的例子：
``` Java
1.  (int a, int b) -> {  return a + b; }
2.   
3.  () -> System.out.println("Hello World");
4.   
5.  (String s) -> { System.out.println(s); }
6.   
7.  () -> 42
8.   
9.  () -> { return 3.1415 };
``` Java
## Lambda 表达式的结构

让我们了解一下 Lambda 表达式的结构。

*   一个 Lambda 表达式可以有零个或多个参数

*   参数的类型既可以明确声明，也可以根据上下文来推断。例如：(int a)与(a)效果相同

*   所有参数需包含在圆括号内，参数之间用逗号相隔。例如：(a, b) 或 (int a, int b) 或 (String a, int b, float c)

*   空圆括号代表参数集为空。例如：() -> 42

*   当只有一个参数，且其类型可推导时，圆括号（）可省略。例如：a -> return a*a

*   Lambda 表达式的主体可包含零条或多条语句

*   如果 Lambda 表达式的主体只有一条语句，花括号{}可省略。匿名函数的返回类型与该主体表达式一致

*   如果 Lambda 表达式的主体包含一条以上语句，则表达式必须包含在花括号{}中（形成代码块）。匿名函数的返回类型与代码块的返回类型一致，若没有返回则为空

## 什么是函数式接口

在 Java 中，Marker（标记）类型的接口是一种没有方法或属性声明的接口，简单地说，marker 接口是空接口。相似地，函数式接口是只包含一个抽象方法声明的接口。

java.lang.Runnable 就是一种函数式接口，在 Runnable 接口中只声明了一个方法 void run()，相似地，ActionListener 接口也是一种函数式接口，我们使用匿名内部类来实例化函数式接口的对象，有了 Lambda 表达式，这一方式可以得到简化。

每个 Lambda 表达式都能隐式地赋值给函数式接口，例如，我们可以通过 Lambda 表达式创建 Runnable 接口的引用。
``` Java
1.  Runnable r = () -> System.out.println("hello world");
``` Java
当不指明函数式接口时，编译器会自动解释这种转化：
``` Java
1.  new Thread(
2.     () -> System.out.println("hello world")
3.  ).start();
``` Java
因此，在上面的代码中，编译器会自动推断：根据线程类的构造函数签名 public Thread(Runnable r) { }，将该 Lambda 表达式赋给 Runnable 接口。

以下是一些 Lambda 表达式及其函数式接口：
``` Java
1.  Consumer<Integer>  c = (int x) -> { System.out.println(x) };
2.   
3.  BiConsumer<Integer, String> b = (Integer x, String y) -> System.out.println(x + " : " + y);
4.   
5.  Predicate<String> p = (String s) -> { s == null };
``` Java
[@FunctionalInterface](http://download.java.net/jdk8/docs/api/java/lang/FunctionalInterface.html) 是 Java 8 新加入的一种接口，用于指明该接口类型声明是根据 Java 语言规范定义的函数式接口。Java 8 还声明了一些 Lambda 表达式可以使用的函数式接口，当你注释的接口不是有效的函数式接口时，可以使用 @FunctionalInterface 解决编译层面的错误。

以下是一种自定义的函数式接口： @FunctionalInterface public interface WorkerInterface {
``` Java
1.     public void doSomeWork();
2.   
3.  }
``` Java
根据定义，函数式接口只能有一个抽象方法，如果你尝试添加第二个抽象方法，将抛出编译时错误。例如：
``` Java
1.  @FunctionalInterface
2.  public interface WorkerInterface {
3.   
4.      public void doSomeWork();
5.   
6.      public void doSomeMoreWork();
7.   
8.  }
``` Java
错误：
``` Java
1.  Unexpected @FunctionalInterface annotation 
2.      @FunctionalInterface ^ WorkerInterface is not a functional interface multiple 
3.      non-overriding abstract methods found in interface WorkerInterface 1 error
``` Java
函数式接口定义好后，我们可以在 API 中使用它，同时利用 Lambda 表达式。例如：
``` Java
1.   //定义一个函数式接口
2.  @FunctionalInterface
3.  public interface WorkerInterface {
4.   
5.     public void doSomeWork();
6.   
7.  }
8.   
9.   
10.  public class WorkerInterfaceTest {
11.   
12.  public static void execute(WorkerInterface worker) {
13.      worker.doSomeWork();
14.  }
15.   
16.  public static void main(String [] args) {
17.   
18.      //invoke doSomeWork using Annonymous class
19.      execute(new WorkerInterface() {
20.          @Override
21.          public void doSomeWork() {
22.              System.out.println("Worker invoked using Anonymous class");
23.          }
24.      });
25.   
26.      //invoke doSomeWork using Lambda expression 
27.      execute( () -> System.out.println("Worker invoked using Lambda expression") );
28.  }
29.   
30.  }
``` Java
输出：
``` Java
1.  Worker invoked using Anonymous class 
2.  Worker invoked using Lambda expression
``` Java
这上面的例子里，我们创建了自定义的函数式接口并与 Lambda 表达式一起使用。execute() 方法现在可以将 Lambda 表达式作为参数。

## Lambda 表达式举例

学习 Lambda 表达式的最好方式是学习例子。

线程可以通过以下方法初始化：
``` Java
1.  //旧方法:
2.  new Thread(new Runnable() {
3.  @Override
4.  public void run() {
5.      System.out.println("Hello from thread");
6.  }
7.  }).start();
8.   
9.  //新方法:
10.  new Thread(
11.  () -> System.out.println("Hello from thread")
12.  ).start();
``` Java
事件处理可以使用 Java 8 的 Lambda 表达式解决。下面的代码中，我们将使用新旧两种方式向一个 UI 组件添加 ActionListener：
``` Java
1.    //Old way:
2.  button.addActionListener(new ActionListener() {
3.  @Override
4.  public void actionPerformed(ActionEvent e) {
5.      System.out.println("The button was clicked using old fashion code!");
6.  }
7.  });
8.   
9.  //New way:
10.  button.addActionListener( (e) -> {
11.      System.out.println("The button was clicked. From Lambda expressions !");
12.  });
``` Java
以下代码的作用是打印出给定数组中的所有元素。注意，使用 Lambda 表达式的方法不止一种。在下面的例子中，我们先是用常用的箭头语法创建 Lambda 表达式，之后，使用 Java 8 全新的双冒号(::)操作符将一个常规方法转化为 Lambda 表达式：
``` Java
1.  //Old way:
2.  List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7);
3.  for(Integer n: list) {
4.     System.out.println(n);
5.  }
6.   
7.  //New way:
8.  List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7);
9.  list.forEach(n -> System.out.println(n));
10.   
11.   
12.  //or we can use :: double colon operator in Java 8
13.  list.forEach(System.out::println);
``` Java
在下面的例子中，我们使用断言(Predicate)函数式接口创建一个测试，并打印所有通过测试的元素，这样，你就可以使用 Lambda 表达式规定一些逻辑，并以此为基础有所作为：
``` Java
1.  import java.util.Arrays;
2.  import java.util.List;
3.  import java.util.function.Predicate;
4.   
5.  public class Main {
6.   
7.  public static void main(String [] a)  {
8.   
9.      List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7);
10.   
11.      System.out.println("Print all numbers:");
12.      evaluate(list, (n)->true);
13.   
14.      System.out.println("Print no numbers:");
15.      evaluate(list, (n)->false);
16.   
17.      System.out.println("Print even numbers:");
18.      evaluate(list, (n)-> n%2 == 0 );
19.   
20.      System.out.println("Print odd numbers:");
21.      evaluate(list, (n)-> n%2 == 1 );
22.   
23.      System.out.println("Print numbers greater than 5:");
24.      evaluate(list, (n)-> n > 5 );
25.   
26.  }
27.   
28.  public static void evaluate(List<Integer> list, Predicate<Integer> predicate) {
29.      for(Integer n: list)  {
30.          if(predicate.test(n)) {
31.              System.out.println(n + " ");
32.          }
33.      }
34.  }
35.   
36.  }
``` Java
输出：
``` Java
1.  Print all numbers: 1 2 3 4 5 6 7 
2.  Print no numbers: 
3.  Print even numbers: 2 4 6 
4.  Print odd numbers: 1 3 5 7 
5.  Print numbers greater than 5: 6 7
``` Java
下面的例子使用 Lambda 表达式打印数值中每个元素的平方，注意我们使用了 .stream() 方法将常规数组转化为流。Java 8 增加了一些超棒的流 APIs。[java.util.stream.Stream](http://download.java.net/jdk8/docs/api/java/util/stream/Stream.html) 接口包含许多有用的方法，能结合 Lambda 表达式产生神奇的效果。我们将 Lambda 表达式 x -> x*x 传给 map() 方法，该方法会作用于流中的所有元素。之后，我们使用 forEach 方法打印数据中的所有元素：
``` Java
1.  //Old way:
2.  List<Integer> list = Arrays.asList(1,2,3,4,5,6,7);
3.  for(Integer n : list) {
4.      int x = n * n;
5.      System.out.println(x);
6.  }
7.   
8.  //New way:
9.  List<Integer> list = Arrays.asList(1,2,3,4,5,6,7);
10.  list.stream().map((x) -> x*x).forEach(System.out::println);
``` Java
下面的例子会计算给定数值中每个元素平方后的总和。请注意，Lambda 表达式只用一条语句就能达到此功能，这也是 MapReduce 的一个初级例子。我们使用 map() 给每个元素求平方，再使用 reduce() 将所有元素计入一个数值：
``` Java
1.  //Old way:
2.  List<Integer> list = Arrays.asList(1,2,3,4,5,6,7);
3.  int sum = 0;
4.  for(Integer n : list) {
5.      int x = n * n;
6.      sum = sum + x;
7.  }
8.  System.out.println(sum);
9.   
10.  //New way:
11.  List<Integer> list = Arrays.asList(1,2,3,4,5,6,7);
12.  int sum = list.stream().map(x -> x*x).reduce((x,y) -> x + y).get();
13.  System.out.println(sum);
``` Java
## Lambda 表达式与匿名类的区别

使用匿名类与 Lambda 表达式的一大区别在于关键词的使用。对于匿名类，关键词 this解读为匿名类，而对于 Lambda 表达式，关键词 this 解读为写就 Lambda 的外部类。

Lambda 表达式与匿名类的另一不同在于两者的编译方法。Java 编译器编译 Lambda 表达式并将他们转化为类里面的私有函数，它使用 Java 7 中新加的 invokedynamic 指令动态绑定该方法，关于 Java 如何将 Lambda 表达式编译为字节码，Tal Weiss 写了一篇[很好的文章](http://www.takipiblog.com/2014/01/16/compiling-Lambda-expressions-scala-vs-java-8/)。

## 到此为止啦，亲们！

Mark Reinhold，甲骨文的首席架构师，将 Lambda 表达式[描述](https://blogs.oracle.com/javaone/entry/the_javaone_2013_technical_keynote)为该编程模型最大的提升——比泛型(generics)还强大。事实的确如此，Lambda 表达式赋予了 Java 程序员相较于其他函数式编程语言缺失的特性，结合虚拟扩展方法之类的特性，Lambda 表达式能写出一些极好的代码。

希望这篇文章能让您对 [Java 8](http://www.oneapm.com/ai/java.html?utm_source=Community&utm_medium=Article&utm_term=lambda&utm_campaign=NovArti&from=matefinola) 的新特性所有了解。

原文地址：[http://viralpatel.net/blogs/Lambda-expressions-java-tutorial/](http://viralpatel.net/blogs/Lambda-expressions-java-tutorial/)

[OneAPM for Java](http://www.oneapm.com/ai/java.html?utm_source=Community&utm_medium=Article&utm_term=lambda&utm_campaign=NovArti&from=matefinola) 能够深入到所有 Java 应用内部完成[应用性能管理](http://www.oneapm.com/)和监控，包括代码级别性能问题的可见性、性能瓶颈的快速识别与追溯、真实用户体验监控、[服务器监控](http://www.oneapm.com/ci/feature.html)和端到端的应用性能管理。想阅读更多技术文章，请访问 [OneAPM 官方博客](http://news.oneapm.com/?utm_source=Community&utm_medium=Article&utm_term=Spring&utm_campaign=OctArti&from=matefiocsp)。
​