Java Lambda 表达式的各种形态和使用场景，看这篇就够了

Myth丶恋晨 2023-09-24 12:38 88阅读 0赞

Lambda 表达式是 Java 8 中添加的功能。引入 Lambda 表达式的主要目的是为了让 Java 支持函数式编程。 Lambda 表达式是一个可以在不属于任何类的情况下创建的函数，并且可以像对象一样被传递和执行。

**Java lambda 表达式用于实现简单的单方法接口，与 Java Streams API 配合进行函数式编程**。

在前几篇关于 List、Set 和 Map 的文章中，我们已经看到了这几个 Java 容器很多操作都是通过 Stream 完成的，比如过滤出对象 List 中符合条件的子集时，会使用类似下面的 Stream 操作。

List<A> list = aList.filter(a -> a.getId() > 10).collect(Colletors.toList);
    复制代码

其中`filter`方法里用到的`a -> a.getId() > 10`就是一个 Lambda 表达式，前面几篇文章我们主要策略讲集合框架里那几个常用 Java 容器的使用，对用到 Lambda 的地方知识简单的说了一下，如果你对各种 Stream 操作有疑问，可以先把本篇 Lambda 相关的内容学完，接下来再仔细梳理 Stream 时就会好理解很多了。

本文内容大纲如下：

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## Lambda 表达式和函数式接口 ##

上面说了 lambda 表达式便于实现只拥有单一方法的接口，同样在 Java 里匿名类也用于快速实现接口，只不过 lambda 相较于匿名类更方便些，在书写的时候连创建类的步骤也免去了，更适合用在函数式编程。

举个例子来说，函数式编程经常用在实现事件 Listener 的时候 。 在 Java 中的事件侦听器通常被定义为具有单个方法的 Java 接口。下面是一个 Listener 接口示例：

public interface StateChangeListener {
    
        public void onStateChange(State oldState, State newState);
    
    }
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上面这个 Java 接口定义了一个只要被监听对象的状态发生变化，就会调用的 onStateChange 方法（这里不用管监听的是什么，举例而已）。 在 Java 8 版本以前，监听事件变更的程序必须实现此接口才能侦听状态更改。

比如说，有一个名为 StateOwner 的类，它可以注册状态的事件侦听器。

public class StateOwner {
    
        public void addStateListener(StateChangeListener listener) { ... }
    
    }
    复制代码

我们可以使用匿名类实现 StateChangeListener 接口，然后为 StateOwner 实例添加侦听器。

StateOwner stateOwner = new StateOwner();
    
    stateOwner.addStateListener(new StateChangeListener() {
    
        public void onStateChange(State oldState, State newState) {
            // do something with the old and new state.
            System.out.println("State changed")
        }
    });
    复制代码

在 Java 8 引入Lambda 表达式后，我们可以用 Lambda 表达式实现 StateChangeListener 接口会更加方便。现在，把上面例子接口的匿名类实现改为 Lambda 实现，程序会变成这样：

StateOwner stateOwner = new StateOwner();
    
    stateOwner.addStateListener(
        (oldState, newState) -> System.out.println("State changed")
    );
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在这里，我们使用的 Lambda 表达式是：

(oldState, newState) -> System.out.println("State changed")
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这个 lambda 表达式与 StateChangeListener 接口的 onStateChange() 方法的参数列表和返回值类型相匹配。**如果一个 lambda 表达式匹配单方法接口中方法的参数列表和返回值（比如本例中的 StateChangeListener 接口的 onStateChange 方法），则 lambda 表达式将转换为拥有相同方法签名的接口实现。** 这句话听着有点绕，下面详细解释一下 Lambda 表达式和接口匹配的详细规则。

### 匹配Lambda 与接口的规则 ###

上面例子里使用的 StateChangeListener 接口有一个特点，其只有一个未实现的抽象方法，在 Java 里这样的接口也叫做函数式接口 （Functional Interface）。将 Java lambda 表达式与接口匹配需要满足一下三个规则：

*  接口是否只有一个抽象（未实现）方法，即是一个函数式接口？
 *  lambda 表达式的参数是否与抽象方法的参数匹配？
 *  lambda 表达式的返回类型是否与单个方法的返回类型匹配？

如果能满足这三个条件，那么给定的 lambda 表达式就能与接口成功匹配类型。

### 函数式接口 ###

**只有一个抽象方法的接口被称为函数是式接口**，从 Java 8 开始，Java 接口中可以包含默认方法和静态方法。默认方法和静态方法都有直接在接口声明中定义的实现。这意味着，Java lambda 表达式可以实现拥有多个方法的接口——只要接口中只有一个未实现的抽象方法就行。

所以在文章一开头我说lambda 用于实现单方法接口，是为了让大家更好的理解，真实的情况是只要接口中只存在一个抽象方法，那么这个接口就能用 lambda 实现。

换句话说，即使接口包含默认方法和静态方法，只要接口只包含一个未实现的抽象方法，它就是函数式接口。比如下面这个接口：

import java.io.IOException;
    import java.io.OutputStream;
    
    public interface MyInterface {
    
        void printIt(String text);
    
        default public void printUtf8To(String text, OutputStream outputStream){
            try {
                outputStream.write(text.getBytes("UTF-8"));
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException("Error writing String as UTF-8 to OutputStream", e);
            }
        }
    
        static void printItToSystemOut(String text){
            System.out.println(text);
        }
    }
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即使这个接口包含 3 个方法，它也可以通过 lambda 表达式实现，因为接口中只有一个抽象方法 printIt没有被实现。

MyInterface myInterface = (String text) -> {
        System.out.print(text);
    };
    复制代码

### Lambda VS 匿名类 ###

尽管 lambda 表达式和匿名类看起来差不多，但还是有一些值得注意的差异。 主要区别在于，匿名类可以有自己的内部状态--即成员变量，而 lambda 表达式则不能。

public interface MyEventConsumer {
    
        public void consume(Object event);
    
    }
    复制代码

比如上面这个接口，通过匿名类实现

MyEventConsumer consumer = new MyEventConsumer() {
        public void consume(Object event){
            System.out.println(event.toString() + " consumed");
        }
    };
    复制代码

MyEventConsumer 接口的匿名类可以有自己的内部状态。

MyEventConsumer myEventConsumer = new MyEventConsumer() {
        private int eventCount = 0;
        public void consume(Object event) {
            System.out.println(event.toString() + " consumed " + this.eventCount++ + " times.");
        }
    };
    复制代码

我们给匿名类，加了一个名为 eventCount 的整型成员变量，用来记录匿名类 consume 方法被执行的次数。Lambda 表达式则不能像匿名类一样添加成员变量，所以也成 Lambda 表达式是无状态的。

## 推断 Lamdba 的接口类型 ##

使用匿名类实现函数式接口的时候，必须在 new 关键字后指明实现的是哪个接口。比如上面使用过的匿名类例子

stateOwner.addStateListener(new StateChangeListener() {
    
        public void onStateChange(State oldState, State newState) {
            // do something with the old and new state.
        }
    });
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但是 lambda 表达式，通常可以从上下文中推断出类型。例如，可以从 addStateListener() 方法声明中参数的类型 StateChangeListener 推断出来，Lambda 表达式要实现的是 StateChangeListener 接口。

stateOwner.addStateListener(
        (oldState, newState) -> System.out.println("State changed")
    );
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通常 lambda 表达式参数的类型也可以推断出来。在上面的示例中，编译器可以从StateChangeListener 接口的抽象方法 onStateChange() 的方法声明中推断出参数 oldState 和 newState 的类型。

## Lambda 的参数形式 ##

由于 lambda 表达式实际上只是个方法，因此 lambda 表达式可以像方法一样接受参数。Lambda 表达式参数根据参数数量以及是否需要添加类型会有下面几个形式。

如果表达式的方法不带参数，那么可以像下面这样编写 Lambda 表达式:

() -> System.out.println("Zero parameter lambda");
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如果表达式的方法接受一个参数，则可以像下面这样编写 Lambda 表达式：

(param) -> System.out.println("One parameter: " + param);
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当 Lambda 表达式只接收单个参数时，参数列表外的小括号也可以省略掉。

param -> System.out.println("One parameter: " + param);
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当 Lambda 表达式接收多个参数时，参数列表的括号就没法省略了。

如果编译器无法从 Lambda 匹配的函数式接口的方法声明推断出参数类型（出现这种情况时，编译器会提示），则有时可能需要为 Lambda 表达式的参数指定类型。

(Car car) -> System.out.println("The car is: " + car.getName());
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## Lambda 的方法体 ##

lambda 表达式的方法的方法体，在 Lambda 声明中的 -> 右侧指定：

(oldState, newState) -> System.out.println("State changed")
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如果 Lambda 表达式的方法体需要由多行组成，则需要把多行代码写在用\{ \}括起来的代码块内。

(oldState, newState) -> {
        System.out.println("Old state: " + oldState);
        System.out.println("New state: " + newState);
    }
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## Lamdba 表达式的返回值 ##

可以从 Lambda 表达式返回值，就像从方法中返回值一样。只需在 Lambda 的方法体中添加一个 return 语句即可：

(param) -> {
        System.out.println("param: " + param);
        return "return value";
    }
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如果 Lambda 表达式所做的只是计算返回值并返回它，我们甚至可以省略 return 语句。

(a1, a2) -> { return a1 > a2; }
    // 上面的可以简写成，不需要return 语句的
    (a1, a2) -> { a1 > a2; }
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Lambda 表达式本质上是一个对象，跟其他任何我们使用过的对象一样， 我们可以将 Lambda 表达式赋值给变量并进行传递和使用。

public interface MyComparator {
    
        public boolean compare(int a1, int a2);
    
    }
    
    ---
        
    MyComparator myComparator = (a1, a2) -> a1 > a2;
    
    boolean result = myComparator.compare(2, 5);
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上面的这个例子展示 Lambda 表达式的定义，以及如何将 Lambda 表达式赋值给给变量，最后通过调用它实现的接口方法来调用 Lambda 表达式。

## 外部变量在 Lambda 内的可见性 ##

在某些情况下，Lambda 表达式能够访问在 Lambda 函数体之外声明的变量。 Lambda 可以访问以下类型的变量：

*  局部变量
 *  实例变量
 *  静态变量

\*\*Lambda 内访问局部变量，\*\*Lambda 可以访问在 Lambda 方法体之外声明的局部变量的值

public interface MyFactory {
        public String create(char[] chars);
    }
    
    String myString = "Test";
    
    MyFactory myFactory = (chars) -> {
        return myString + ":" + new String(chars);
    };
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**Lambda 访问实例变量**，Lambda 表达式还可以访问创建了 Lambda 的对象中的实例变量。

public class EventConsumerImpl {
    
        private String name = "MyConsumer";
    
        public void attach(MyEventProducer eventProducer){
            eventProducer.listen(e -> {
                System.out.println(this.name);
            });
        }
    }
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这里实际上也是 Lambda 与匿名类的差别之一。匿名类因为可以有自己的实例变量，这些变量通过 this 引用来引用。但是，Lambda 不能有自己的实例变量，因此 this 始终指向外面包裹 Lambda 的对象。

\*\*Lambda 访问静态变量，\*\*Lambda 表达式也可以访问静态变量。这也不奇怪，因为静态变量可以从 Java 应用程序中的任何地方访问，只要静态变量是公共的。

public class EventConsumerImpl {
        private static String someStaticVar = "Some text";
    
        public void attach(MyEventProducer eventProducer){
            eventProducer.listen(e -> {
                System.out.println(someStaticVar);
            });
        }
    }
    复制代码

## 把方法引用作为 Lambda ##

如过编写的 lambda 表达式所做的只是使用传递给 Lambda 的参数调用另一个方法，那么 Java里为 Lambda 实现提供了一种更简短的形式来表达方法调用。比如说，下面是一个函数式数接口：

public interface MyPrinter{
        public void print(String s);
    }
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接下来我们用 Lambda 表达式实现这个 MyPrinter 接口

MyPrinter myPrinter = (s) -> { System.out.println(s); };
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因为 Lambda 的参数只有一个，方法体也只包含一行，所以可以简写成

MyPrinter myPrinter = s ->  System.out.println(s);
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又因为 Lambda 方法体内所做的只是将字符串参数转发给 System.out.println() 方法，因此我们可以将上面的 Lambda 声明替换为方法引用。

MyPrinter myPrinter = System.out::println;
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**注意双冒号 :: 向 Java 的编译器指明这是一个方法的引用。引用的方法是双冒号之后的方法。而拥有引用方法的类或对象则位于双冒号之前。**

我们可以引用以下类型的方法：

*  静态方法
 *  参数对象的实例方法
 *  实例方法
 *  类的构造方法

### 引用类的静态方法 ###

最容易引用的方法是静态方法，比如有这么一个函数式接口和类

public interface Finder {
        public int find(String s1, String s2);
    }
    
    public class MyClass{
        public static int doFind(String s1, String s2){
            return s1.lastIndexOf(s2);
        }
    }
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如果我们创建 Lambda 去调用 MyClass 的静态方法 doFind

Finder finder = (s1, s2) -> MyClass.doFind(s1, s2);
    复制代码

所以我们可以使用 Lambda 直接引用 Myclass 的 doFind 方法。

Finder finder = MyClass::doFind;
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### 引用参数的方法 ###

接下来，如果我们在 Lambda 直接转发调用的方法是来自参数的方法

public interface Finder {
        public int find(String s1, String s2);
    }
    
    Finder finder = (s1, s2) -> s1.indexOf(s2);
    复制代码

依然可以通过 Lambda 直接引用

Finder finder = String::indexOf;
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这个与上面完全形态的 Lambda 在功能上完全一样，不过要注意简版 Lambda 是如何引用单个方法的。 Java 编译器会尝试将引用的方法与第一个参数的类型匹配，使用第二个参数类型作为引用方法的参数。

### 引用实例方法 ###

我们还也可以从 Lambda 定义中引用实例方法。首先，设想有如下接口

public interface Deserializer {
        public int deserialize(String v1);
    }
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该接口表示一个能够将字符串“反序列化”为 int 的组件。现在有一个 StringConvert 类

public class StringConverter {
        public int convertToInt(String v1){
            return Integer.valueOf(v1);
        }
    }
    复制代码

StringConvert 类 的 convertToInt() 方法与 Deserializer 接口的 deserialize() 方法具有相同的签名。因此，我们可以创建 StringConverter 的实例并从 Lambda 表达式中引用其 convertToInt() 方法，如下所示：

StringConverter stringConverter = new StringConverter();
    
    Deserializer des = stringConverter::convertToInt;
    // 等同于 Deserializer des = (value) -> stringConverter.convertToInt(value)
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上面第二行代码创建的 Lambda 表达式引用了在第一行创建的 StringConverter 实例的 convertToInt 方法。

### 引用构造方法 ###

最后如果 Lambda 的作用是调用一个类的构造方法，那么可以通过 Lambda 直接引用类的构造方法。在 Lambda 引用类构造方法的形式如下：

ClassName::new
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那么如何将构造方法用作 lambda 表达式呢，假设我们有这样一个函数式接口

public interface Factory {
        public String create(char[] val);
    }
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Factory 接口的 create() 方法与 String 类中的其中一个构造方法的签名相匹配（String 类有多个重载版本的构造方法）。因此，String类的该构造方法也可以用作 Lambda 表达式。

Factory factory = String::new;
    // 等同于 Factory factory (chars) -> String.new(chars);
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## 总结 ##

今天这篇文章把 Lambda 表达式的知识梳理的了一遍，相信看完了这里的内容，再看到 Lambda 表达式的各种形态就不觉得迷惑了，虽然今天的文章看起来有点枯燥，不过是接下来 咱们系统学习 Stream 操作的基础，以及后面介绍 Java 中提供的几个函数式编程 interface 也会用到 Lambda 里的知识，后面的内容可以继续期待一下。

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