Java中lambda表达式详解

发表于

为什么使用lambda

在Java中我们很容易将一个变量赋值，比如int a =0;int b=a;

但是我们如何将一段代码和一个函数赋值给一个变量？这个变量应该是什么的类型？

lambda

在Javascript中，可以用一个对象来存储。 

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var t=function()
{
  int a=1;
  a=a+1;
  alert(a);
}

在Java中，直到Java8的lambda的特性问世，才有办法解决这个问题

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什么是lambda

什么是lambda? lambda在程序中到底是怎样的一个存在？ 首先看代码：

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interface eat 
{
  void eatFood();
}

public static void main(String[] args) 
{

  eat e = () -> System.out.printf("hello\n");
  e.eatFood();
  
  eat e1 = new eat() 
  {
  	@Override
  	public void eatFood() 
  	{
  		System.out.printf("anoymous class\n");
  	}
  };
  e1.eatFood();
}

上面的代码中，e是一个lambda的对象,根据Java的继承的特性，我们可以说e对象的类型是继承自eat接口。而e1是一个正常的匿名类的对象.

通过对比， 可以说 lambda的表达式其实是接口的实现的“另一种方式”。这种方式更加简洁，更容易阅读。除了代码层面的简洁外，在编译的结果时候lambda也不会产生一个多余的匿名类。

对于eat这个特殊的接口，称之为：函数式接口

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lamda的优点

  • 代码缩减

compare

  • Option的使用简化代码

    假如我们有个方法，能够产生一个Option对象std 

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    Option<Person> std=getStudent();

  1. 是否为空的判断

    lambda

  2. 返回不为空的对象

    compare

  3. 多重if else的简化

    lambda

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函数式接口

什么是函数式接口？这个是我们理解Lambda表达式的重点，也是产生lambda表达式的“母体”，这里我们引用一个比较容易理解的说法：

函数式接口是 一个只有一个抽象方法（不包含object中的方法）的接口。

这个需要说明一点，就是在Java中任何一个对象都来自Object 所有接口中自然会继承自Object中的方法，但在判断是否是函数式接口的时候要排除Object中的方法，下面举几个例子如下： 

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//这个是函数式接口
interface eat 
{  
   void eatFood();    
}


//这个不是是函数式接口
interface eat
{  
  default void eatFood()
  {
     System.out.println("hello");
  };    
}



//这个是一个函数式接口
interface eat 
{  
 void eatFood();    
 String toString();
}

对于是否是函数式接口，Java8中也提供了一个专用的注解：@FunctionalInterface。通过这个注解，可以确定是否是函数式接口： 

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//此处会报编译错误
@FunctionalInterface
interface eat 
{  
  default void eatFood()
  {
    System.out.println("hello");
  };    
}


下面我们写一段lambda简单的代码,找出指定的身份证号码，并打印出来。

lambda

最终的调用：

lambda

对于上面的代码实现，在我们调用excutor方法前，并不知道findName的实现方法，直到在最后把一个方法作为参数传入到excutor方法中。

反思：函数式接口NameCheckInterface，是不是可以用来表示所有返回值为bool类型的，有两个形参（类型是passager 和String类型）的lambda表达式？

如果我们再配合泛型的话，是不是我们只需要定义一个通用的函数式接口？下面我们改写下代码：

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@FunctionalInterface
public interface NameCheckInterface<T,T1,T2> 
{
   T2 findName(T passager,T1 name);
}

@FunctionalInterface
public interface PrintInterface<T> 
{
  void printName(T name);
}

private void excutor(List<passager> passagerList, NameCheckInterface<Boolean,passager,String> checker, PrintInterface<String> printer) 
{
  for (passager p : passagerList) {
  	if (checker.findName(p,"李四")){
  	  printer.printName(p.getPassagerNo());
  	}
  }
}

对应的调用方法

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@Test
public void simpTest() 
{
  List<passager> passagerList = new ArrayList<>();
  passagerList.add(new passager("李四", "123456789"));
  passagerList.add(new passager("张三", "123456789"));
  passagerList.add(new passager("王二", "123456789"));

  excutor(passagerList,(p,str)->p.getName().equals(str),str-> System.out.println(str));
}



对于这段代码，可以得出lambda中的函数式接口是可以公用的,而jdk中也已经定义了很多通用的函数式接口。

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常用的函数式接口

在jdk中通用的函数式接口如下（都在Java.util.function包中）： 

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Runnable r = () -> System.out.printf("say hello");//没有输入参数，也没有输出
Supplier<String> sp = () -> "hello";//只有输出消息，没有输入参数
Consumer<String> cp = r -> System.out.printf(r);//有一个输入参数，没有输出
Function<Integer, String> func = r -> String.valueOf(r);//有一个输入参数 有一个输出参数
BiFunction<Integer, Integer, String> biFunc = (a, b) -> String.valueOf(a + b);//有两个输入参数 有一个输出参数
BiConsumer<Integer, Integer> biCp = (a, b) -> System.out.printf(String.valueOf(a + b));//有两个输入参数 没有输出参数

PS:上面是基本的方法，其他的都是基于这几个扩展而来

如果上面的代码使用jdk中的函数式接口的话，就不用额外的定义NameCheckInterface和PrintInterface 接口了。根据上面的参数和返回值的形式，可以使用BiFunction和Consumer直接改写excutor方法： 

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private void excutor(List<passager> passagerList, BiFunction<passager,String,Boolean> checker, Consumer<String> printer) {
		for (passager p : passagerList) {
			if (checker.apply(p,"李四")){
				printer.accept(p.getPassagerNo());
			}
		}
		
	}

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函数的引用

从上面的demo中，使用通用的函数表达式能够减少自定义函数式接口，为了进一步简化代码，lambda表达式可以改写成函数的引用的形式

函数的引用是lambda表达式的更简洁的一种写法，也是更能体现出函数式编程的一种形式，让我们更能理解lambda终归也是一个“函数的对象”。 下面我们改写一个例子： 

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Consumer<String> c1 = r -> System.out.printf(r); 
c1.accept("1");
Consumer<String> c2 =System.out::printf; 
c1.accept("2");

在上面的demo中lambda表达式被我们改写成System.out::printf这个形式，等于我们把一个函数直接赋值给了一个c2对象，这里我们可以俗称（非官方）c2为Java函数的一个对象，这个也结局填补了Java中一个空白。

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函数引用的规则

对于Java中lambda改成函数的引用要遵循一定的规则,具体可以分为下面的四种形式：

  1. 静态方法的引用

    如果函数式接口的实现恰好可以通过调用一个静态方法来实现，那么就可以使用静态方法引用

    StaticMethod 

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Consumer<String> c1 = r -> Integer.parseInt(r);
c1.accept("1");
Consumer<String> c2 =Integer::parseInt;
c1.accept("2");

  1. 实例方法引用

    如果函数式接口的实现恰好可以通过调用一个实例方法来实现，那么就可以使用实例方法引用

    StaticMethod 

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    Consumer<String> ins1 = r -> System.out.print(r);
    c1.accept("1");
    Consumer<String> ins2 =System.out::print;
    c1.accept("2");

  1. 对象方法引用

    抽象方法的第一个参数类型刚好是实例方法的类型，抽象方法剩余的参数恰好可以当做实例方法的参数。如果函数式接口的实现能由上面说的实例方法调用来实现的话，那么就可以使用对象方法的引用。

    instMethod 

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    Function<BigDecimal,Double> fuc1=t->t.doubleValue();
    fuc1.apply(new BigDecimal("1.025"));
    Function<BigDecimal,Double> fuc2=BigDecimal::doubleValue;
    fuc2.apply(new BigDecimal("1.025"));
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    BiFunction<BigDecimal, BigDecimal, BigDecimal> func3 = (x, y) -> x.add(y);
     func3.apply(new BigDecimal("1.025"), new BigDecimal("1.254"));
     BiFunction<BigDecimal, BigDecimal, BigDecimal> func4 = BigDecimal::add;
     func4.apply(new BigDecimal("1.025"), new BigDecimal("1.254"));

  2. 构造方法引用

    如果函数式接口的实现恰好可以通过调用一个类的构造方法来实现，那么就可以使用构造方法引用。

    instMethod ]

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    Consumer<String> n1 = r ->new BigDecimal(r);
     c1.accept("1");
     Consumer<String> n2 =BigDecimal::new;
     c1.accept("2");

stream API的引用

Stream是处理数组和集合的API,Stream具有以下特点：

  • 不是数据结构，没有内部存储
  • 不支持索引访问
  • 延迟计算
  • 支持过滤，查找，转换，汇总等操作

对于StreamAPI的学习，首先需要弄清楚lambda的两个操作类型：中间操作和终止操作。 下面通过一个demo来认识下这个过程。 

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Stream st=Arrays.asList(1,2,3,4,5).stream().filter(x->{
		System.out.print(x);
		return  x>3;
	});

当我们执行这段代码的时候，发现并没有任何输出，这是因为lambda表达式需要一个终止操作来完成最后的动作。 我们修改代码： 

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Stream st=Arrays.asList(1,2,3,4,5).stream().filter(x->{
		System.out.print(x);
		return  x>3;
	});
	
st.forEach(t-> System.out.print(t));

对应的输出结果是： 

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1234455

为什么会有这个输出呢？因为在filter函数的时候并没有真正的执行，在forEach的时候才开始执行整个lambda表达式，所以当执行到4的时候，filter输出之后，forEach也执行了，最终结果是1234455

对于Java中的lambda表达式的操作，可以归类和整理如下：

中间操作：

  • 过滤 filter
  • 去重 distinct
  • 排序 sorted
  • 截取 limit、skip
  • 转换 map/flatMap
  • 其他 peek

终止操作

  • 循环 forEach
  • 计算 min、max、count、 average
  • 匹配 anyMatch、 allMatch、 noneMatch、 findFirst、 findAny
  • 汇聚 reduce
  • 收集器 toArray collect

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常用的几个lambda

下面我们对这几个常用的lambda表达式写几个demo,首先定义公共的Student类： 

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public class Student {
	
	public Student(String stuName, int age, BigDecimal score, int clazz) {
		this.stuName = stuName;
		this.age = age;
		this.score = score;
		this.clazz = clazz;
	}
	
	private String stuName;
	private int age;
	private BigDecimal score;
	private int clazz;
	
	public String getStuName() {
		return stuName;
	}
	public void setStuName(String stuName) {
		this.stuName = stuName;
	}
	public int getAge() {
		return age;
	}
	public void setAge(int age) {
		this.age = age;
	}
	public BigDecimal getScore() {
		return score;
	}
	public void setScore(BigDecimal score) {
		this.score = score;
	}
	public int getClazz() {
		return clazz;
	}
	public void setClazz(int clazz) {
		this.clazz = clazz;
	}
}

List<Student> studentList = new ArrayList<>();
studentList.add(new Student("黎  明", 20, new BigDecimal(80), 1));
studentList.add(new Student("郭敬明", 22, new BigDecimal(90), 2));
studentList.add(new Student("明  道", 21, new BigDecimal(65.5), 3));
studentList.add(new Student("郭富城", 30, new BigDecimal(90.5), 4));
studentList.add(new Student("刘诗诗", 20, new BigDecimal(75), 1));
studentList.add(new Student("成  龙", 60, new BigDecimal(88), 5));
studentList.add(new Student("郑伊健", 60, new BigDecimal(86), 1));
studentList.add(new Student("刘德华", 40, new BigDecimal(81), 1));
studentList.add(new Student("古天乐", 50, new BigDecimal(83), 2));
studentList.add(new Student("赵文卓", 40, new BigDecimal(84), 2));
studentList.add(new Student("吴奇隆", 30, new BigDecimal(86), 4));
studentList.add(new Student("言承旭", 50, new BigDecimal(68), 1));
studentList.add(new Student("郑伊健", 60, new BigDecimal(86), 1));
studentList.add(new Student("黎  明", 20, new BigDecimal(80), 1));
studentList.add(new Student("李连杰", 65, new BigDecimal(86), 4));
studentList.add(new Student("周润发", 69, new BigDecimal(58), 1));
studentList.add(new Student("徐若萱", 28, new BigDecimal(88), 6));
studentList.add(new Student("许慧欣", 26, new BigDecimal(86), 8));
studentList.add(new Student("陈慧琳", 35, new BigDecimal(64), 1));
studentList.add(new Student("关之琳", 45, new BigDecimal(50), 9));
studentList.add(new Student("温碧霞", 67, new BigDecimal(53), 2));
studentList.add(new Student("林青霞", 22, new BigDecimal(56), 3));
studentList.add(new Student("李嘉欣", 25, new BigDecimal(84), 1));
studentList.add(new Student("彭佳慧", 26, new BigDecimal(82), 5));
studentList.add(new Student("陈紫涵", 39, new BigDecimal(88), 1));
studentList.add(new Student("张韶涵", 41, new BigDecimal(90), 6));
studentList.add(new Student("梁朝伟", 58, new BigDecimal(74), 1));
studentList.add(new Student("梁咏琪", 65, new BigDecimal(82), 7));
studentList.add(new Student("范玮琪", 22, new BigDecimal(83), 1));

forEach

forEach:代表循环当前的list ,下面的例子是循环打印出student的名字 

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studentList.stream().forEach(x -> System.out.println(x.getStuName()));

filter

根据条件过滤当前的数据，获得分数大于80的学生名称

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studentList.stream().filter(t -> t.getScore().compareTo(new BigDecimal(80)) > 0).forEach(x -> System.out.println(x.getStuName()));

distinct、sorted 、group

  1. 去除重复数据 

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    studentList.stream().distinct().forEach(x -> System.out.println(x.getStuName()));

  1. 单条件排序和多条件排序 

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     studentList.stream().sorted(Comparator.comparing(Student::getScore)).forEach(x -> System.out.println(x.getStuName()));
       
     //多条件排序
    studentList.stream().sorted(Comparator.comparing(Student::getScore).thenComparing(Student::getStuName)).forEach(x -> System.out.println(x.getStuName()));

  2. group 的使用

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    System.out.println(studentList.stream().collect(Collectors.groupingBy(x->x.getAge(),Collectors.counting())));

limit、skip

跳过多少，取多少个元素，可以根据当前的数据进行分页

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studentList.stream().skip(10).limit(5).forEach(x -> System.out.println(x.getStuName())); 

//具体的分页
int pageIndex=1;
int pageSize=5;
studentList.stream().skip((pageIndex-1)*pageSize).limit(pageSize).forEach(x -> System.out.println(x.getStuName()));

map/flatMap

map是一个转换的工具，提供很多转换的方法，mapToInt,mapToDouble 

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studentList.stream().map(Student::getScore).forEach(x -> System.out.println(x));

map

上面的结果是输出当前的所有同学的得分。

flatMap是一个可以把子数组的值放到数组里面, 下面的实例是把所有的名字都拆开成一个新的数组

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studentList.stream().flatMap(x-> Arrays.stream(x.getStuName().split(""))).forEach(x -> System.out.println(x));


flatmap

min、max、count、 average

一组常用的统计函数： 

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studentList.stream().max(Comparator.comparing(x -> x.getAge())).ifPresent(x-> System.out.println(x.getAge()));
studentList.stream().min(Comparator.comparing(x -> x.getAge())).ifPresent(x-> System.out.println(x.getAge()));
System.out.println(studentList.stream().count());
studentList.stream().mapToDouble(x -> x.getScore().doubleValue()).average().ifPresent(x-> System.out.println(x));

flatmap

anyMatch、noneMatch、 allMatch、 findFirst、 findAny

  • anyMatch： 操作用于判断Stream中的是否有满足指定条件的元素。如果最少有一个满足条件返回true，否则返回false。

  • noneMatch： 与anyMatch相反。allMatch是判断所有元素是不是都满足表达式。

  • findFirst： 操作用于获取含有Stream中的第一个元素的Optional，如果Stream为空，则返回一个空的Optional。若Stream并未排序，可能返回含有Stream中任意元素的Optional。

  • findAny： 操作用于获取含有Stream中的某个元素的Optional，如果Stream为空，则返回一个空的Optional。由于此操作的行动是不确定的，其会自由的选择Stream中的任何元素。在并行操作中，在同一个Stram中多次调用，可能会不同的结果。在串行调用时，都是获取的第一个元素， 默认的是获取第一个元素,并行是随机的返回。

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System.out.println(studentList.stream().anyMatch(r -> r.getStuName().contains("伟")));
System.out.println(studentList.stream().allMatch(r -> r.getStuName().contains("伟")));
System.out.println(studentList.stream().noneMatch(r -> r.getStuName().contains("伟")));
System.out.println(studentList.stream().findFirst());
System.out.println(studentList.stream().findAny());

for (int i=0;i<10;i++)
{
   System.out.println(studentList.stream().parallel().findAny().get().getStuName());
}

reduce

对于reduce的使用，应该在js中也有接触到，但也是比较小众的功能，但使用起来功能却非常的强大，先看一个正常的demo: 

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Stream.of(1, 5, 10, 8).reduce((x, y) -> {
		System.out.println("x : " + x);
		System.out.println("y : " + y);
		System.out.println("x+y : " +x);
		
		System.out.println("--------");
		return x + y;
	});

打印结果： 

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x : 1
y : 5
x+y : 1
--------
x : 6
y : 10
x+y : 6
--------
x : 16
y : 8
x+y : 16
--------

可以看出：

  1. reduce是一个循环，有两个参数
  2. 第一次执行的时候x是第一个值，y是第二个值。
  3. 在第二次执行的时候，x是上次返回的值，y是第三个值
    ….
    直到循环结束为止。

再修改代码如下： 

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//指定了初始值

Stream.of(1, 5, 10, 8).reduce(100,(x, y) -> {
	System.out.println("x : " + x);
	System.out.println("y : " + y);
	System.out.println("x+y : " +x);
	System.out.println("--------");
	return x + y;
});

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x : 100
y : 1
x+y : 100
--------
x : 101
y : 5
x+y : 101
--------
x : 106
y : 10
x+y : 106
--------
x : 116
y : 8
x+y : 116
--------

toArray、collect

toArray和collect是两个收集器，toArray是把数据转换成数组，collect是转成其他的类型。这里就不在讨论了。

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System.out.println(studentList.stream().collect(Collectors.groupingBy(x->x.getAge(),Collectors.counting())));