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Lambda表达式超详细总结

作者：IT小白 | 2024-04-29 03:10:22

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lambda表达式

文章目录

1. 什么是Lambda表达式

Lambda表达式，也可称为闭包。类似于JavaScript中的闭包，它是推动Java8发布的最重要的新特性。

2. 为什么使用Lambda表达式

我们可以把Lambda表达式理解为一段可以传递的代码（将代码像数据一样进行传递）。Lambda允许把函数作为一个方法的参数，使用Lambda表达式可以写出更简洁、更灵活的代码，而其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。

一个简单示例：

分别使用成员内部类、局部内部类、静态内部类、匿名内部类方式实现Runnable的run()方法并创建和启动线程,如下所示:

public class LambdaDemo {

    /**
     * 成员内部类
     */
    class MyThread01 implements Runnable{
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("成员内部类：用Lambda语法创建线程吧!");
        }
    }

    /**
     * 静态内部类
     */
    static class MyThread02 implements Runnable{
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("静态内部类：对啊，用Lambda语法创建线程吧!");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {

        /**
         * 局部内部类
         */
        class MyThread03 implements Runnable{
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("局部内部类：用Lambda语法创建线程吧!");
            }
        }

        /**
         * 匿名内部类
         */
        Runnable runnable = new Runnable(){

            @Override
            public void run() {
                System.out.println("匿名内部类：求求你，用Lambda语法创建线程吧!");
            }
        };
        //成员内部类方式
        LambdaDemo lambdaDemo = new LambdaDemo();
        MyThread01 myThread01 =lambdaDemo.new MyThread01();
        new Thread(myThread01).start();
        //静态内部类方式
        MyThread02 myThread02 = new MyThread02();
        new Thread(myThread02).start();
        //局部内部类
        MyThread03 myThread03 = new MyThread03();
        new Thread(myThread03).start();
        //匿名内部类的方式
        new Thread(runnable).start();
    }
}

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执行结果：
在这里插入图片描述

可以看到上面创建方式，代码量都不少，使用Lambda表达式实现，如下所示：

 //Lambda方式
new Thread(() -> System.out.println("使用Lambda就对了")).start();

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可以看到代码明显简洁了许多。
在这里插入图片描述

3. Lambda表达式语法

Lambda表达式在Java语言中引入了一个操作符**“->”**，该操作符被称为Lambda操作符或箭头操作符。它将Lambda分为两个部分：

  • 左侧：指定了Lambda表达式需要的所有参数
  • 右侧：制定了Lambda体，即Lambda表达式要执行的功能。

像这样：

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

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以下是lambda表达式的重要特征:

  • 可选类型声明：不需要声明参数类型，编译器可以统一识别参数值。
  • 可选的参数圆括号：一个参数无需定义圆括号，但无参数或多个参数需要定义圆括号。
  • 可选的大括号：如果主体包含了一个语句，就不需要使用大括号。
  • 可选的返回关键字：如果主体只有一个表达式返回值则编译器会自动返回值，大括号需要指定明表达式返回了一个数值。

下面对每个语法格式的特征进行举例说明：

(1)语法格式一：无参，无返回值，Lambda体只需一条语句。如下：

  @Test
  public void test01(){
    Runnable runnable=()-> System.out.println("Runnable 运行");
    runnable.run();//结果：Runnable 运行
  }

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(2)语法格式二：Lambda需要一个参数，无返回值。如下：

  @Test
  public void test02(){
    Consumer<String> consumer=(x)-> System.out.println(x);
    consumer.accept("Hello Consumer");//结果：Hello Consumer
  }

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(3)语法格式三：Lambda只需要一个参数时，参数的小括号可以省略，如下：

  public void test02(){
    Consumer<String> consumer=x-> System.out.println(x);
    consumer.accept("Hello Consumer");//结果：Hello Consumer
  }

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(4)语法格式四：Lambda需要两个参数，并且Lambda体中有多条语句。

  @Test
  public void test04(){
    Comparator<Integer> com=(x, y)->{
      System.out.println("函数式接口");
      return Integer.compare(x,y);
    };
    System.out.println(com.compare(2,4));//结果：-1
  }

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（5）语法格式五：有两个以上参数，有返回值，若Lambda体中只有一条语句，return和大括号都可以省略不写

  @Test
  public void test05(){
    Comparator<Integer> com=(x, y)-> Integer.compare(x,y);
    System.out.println(com.compare(4,2));//结果：1
  }

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(6)Lambda表达式的参数列表的数据类型可以省略不写，因为JVM可以通过上下文推断出数据类型，即“类型推断”

  @Test
  public void test06(){
    Comparator<Integer> com=(Integer x, Integer y)-> Integer.compare(x,y);
    System.out.println(com.compare(4,2));//结果：1
  }

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类型推断：在执行javac编译程序时，JVM根据程序的上下文推断出了参数的类型。Lambda表达式依赖于上下文环境。

语法背诵口诀：左右遇一括号省，左侧推断类型省，能省则省。

4. 函数式接口

4.1 什么是函数式接口

==只包含一个抽象方法的接口，就称为函数式接口。==我们可以通过Lambda表达式来创建该接口的实现对象。
我们可以在任意函数式接口上使用@FunctionalInterface注解，这样做可以用于检测它是否是一个函数式接口，同时javadoc也会包含一条声明，说明这个接口是一个函数式接口。

4.2 自定义函数式接口

按照函数式接口的定义，自定义一个函数式接口，如下：

@FunctionalInterface
public interface MyFuncInterf<T> {
   public T getValue(String origin);
}

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定义一个方法将函数式接口作为方法参数。

  public String toLowerString(MyFuncInterf<String> mf,String origin){
    return mf.getValue(origin);
  }

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将Lambda表达式实现的接口作为参数传递。

  public void test07(){
      String value=toLowerString((str)->{
        return str.toLowerCase();
      },"ABC");
    System.out.println(value);//结果ABC
  }

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4.3 Java内置函数式接口

四大核心函数式接口的介绍，如图所示：
在这里插入图片描述
使用示例：
1.Consumer:消费型接口 void accept(T t)

  public void makeMoney(Integer money, Consumer<Integer> consumer){
    consumer.accept(money);
  }
 @Test
  public void test01(){
    makeMoney(100,t-> System.out.println("今天赚了"+t));//结果：今天赚了100
  }

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2.Supplier：供给型接口 T get()

  /**
   * 产生指定的整数集合放到集合中
   * Iterable接口的forEach方法的定义：方法中使用到了Consumer消费型接口，
   *     default void forEach(Consumer<? super T> action) {
   *         Objects.requireNonNull(action);
   *         for (T t : this) {
   *             action.accept(t);
   *         }
   *     }
   */
  @Test
  public void test02(){
    List list = addNumInList(10, () -> (int) (Math.random() * 100));
    list.forEach(t-> System.out.println(t));
  }
  public List addNumInList(int size, Supplier<Integer> supplier){
    List<Integer> list=new ArrayList();
    for (int i = 0; i < size; i++) {
      list.add(supplier.get());
    }
    return list;
  }

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3.Function<T,R>:函数型接口 R apply(T t)

 /**
   * 
   * 使用函数式接口处理字符串。
   */
   public String handleStr(String s,Function<String,String> f){
    return f.apply(s);
  }
  @Test
  public void test03(){
    System.out.println(handleStr("abc",(String s)->s.toUpperCase()));
  }
  //结果：ABC

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4.Predicate:断言型接口 boolean test(T t)

  /**
   *  自定义条件过滤字符串集合
   */
  @Test
  public void test04(){
    List<String> strings = Arrays.asList("啊啊啊", "2333", "666", "?????????");
    List<String> stringList = filterStr(strings, (s) -> s.length() > 3);
    for (String s : stringList) {
      System.out.println(s);
    }
  }
  public List<String> filterStr(List<String> list, Predicate<String> predicate){
    ArrayList result = new ArrayList();
    for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
      if (predicate.test(list.get(i))){
        result.add(list.get(i));
      }
    }
    return result;
  }

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其他接口的定义，如图所示：
在这里插入图片描述

5. 方法引用

当要传递给Lambda体的操作，已经有实现的方法了，就可以使用方法引用！（实现抽象方法的参数列表，必须与方法引用的参数列表一致，方法的返回值也必须一致，即方法的签名一致）。方法引用可以理解为方法引用是Lambda表达式的另外一种表现形式。
方法引用的语法：使用操作符“::”将对象或类和方法名分隔开。
方法引用的使用情况共分为以下三种：

  • 对象::实例方法名
  • 类::静态方法名
  • 类::实例方法名

使用示例：
1.对象::实例方法名

  /**
   *PrintStream中的println方法定义 
   *     public void println(String x) {
   *         synchronized (this) {
   *             print(x);
   *             newLine();
   *         }
   *     }
   */
  //对象::实例方法名
  @Test
  public void test1(){
    PrintStream out = System.out;
    Consumer<String> consumer=out::println;
    consumer.accept("hello");
  }

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  1. 类::静态方法名
    /**
     * Integer类中的静态方法compare的定义：
     *     public static int compare(int x, int y) {
     *         return (x < y) ? -1 : ((x == y) ? 0 : 1);
     *     }
     */
  @Test
  public void test2(){
    Comparator<Integer> comparable=(x,y)->Integer.compare(x,y);
    //使用方法引用实现相同效果
    Comparator<Integer> integerComparable=Integer::compare;
    System.out.println(integerComparable.compare(4,2));//结果：1
    System.out.println(comparable.compare(4,2));//结果：1
  }

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3.类::实例方法名

  @Test
  public void test3(){
    BiPredicate<String,String> bp=(x,y)->x.equals(y);
    //使用方法引用实现相同效果
    BiPredicate<String,String> bp2=String::equals;
    System.out.println(bp.test("1","2"));//结果：false
    System.out.println(bp.test("1","2"));//结果：false
  }

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6. 构造器引用

格式：类名::new
与函数式接口相结合，自动与函数式接口中方法兼容，可以把构造器引用赋值给定义的方法。需要注意构造器参数列表要与接口中抽象方法的参数列表一致。使用示例：
创建一个实体类Employee：

public class Employee {
  private Integer id;
  private String name;
  private Integer age;

  @Override
  public String toString() {
    return "Employee{" +
            "id=" + id +
            ", name='" + name + '\'' +
            ", age=" + age +
            '}';
  }
  public Employee(){

  }

  public Employee(Integer id) {
    this.id = id;
  }

  public Employee(Integer id, Integer age) {
    this.id = id;
    this.age = age;
  }

  public Employee(int id, String name, int age) {
    this.id = id;
    this.name = name;
    this.age = age;
  }
}

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使用构造器引用与函数式接口相结合

  @Test
  public void test01(){
    //引用无参构造器
    Supplier<Employee> supplier=Employee::new;
    System.out.println(supplier.get());
    //引用有参构造器
    Function<Integer,Employee> function=Employee::new;
    System.out.println(function.apply(21));
    BiFunction<Integer,Integer,Employee> biFunction=Employee::new;
    System.out.println(biFunction.apply(8,24));
  }
  
输出结果：
  Employee{id=null, name='null', age=null}
  Employee{id=21, name='null', age=null}
  Employee{id=8, name='null', age=24}

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7. 数组引用

数组引用的格式：type[]:new
使用示例：

  @Test
  public void test02(){
    Function<Integer,String[]> function=String[]::new;
    String[] apply = function.apply(10);
    System.out.println(apply.length);//结果：10
  }

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8. Lambda表达式的作用域

Lambda表达式可以看作是匿名内部类实例化的对象，Lambda表达式对变量的访问限制和匿名内部类一样，因此Lambda表达式可以访问局部变量、局部引用，静态变量，实例变量。

8.1 访问局部变量

在Lambda表达式中规定只能引用标记了final的外层局部变量。我们不能在lambda 内部修改定义在域外的局部变量，否则会编译错误。

public class TestFinalVariable {

    interface VarTestInterface{
        Integer change(String str);
    }

    public static void main(String[] args) {
       //局部变量不使用final修饰
        Integer tempInt = 1;
        VarTestInterface var = (str -> Integer.valueOf(str+tempInt));
        //再次修改,不符合隐式final定义
        tempInt =2;
        Integer str =var.change("111") ;
        System.out.println(str);
    }
}

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上面代码会出现编译错误，出现如下提示：
在这里插入图片描述

特殊情况下，局部变量也可以不用声明为 final，但是必须不可被后面的代码修改（即隐性的具有 final 的语义）

例如上面的代码确保Lambda表达式后局部变量后面不做修改，就可以成功啦！

public class TestFinalVariable {

    interface VarTestInterface{
        Integer change(String str);
    }

    public static void main(String[] args) {
       //局部变量不使用final修饰
        Integer tempInt = 1;
        VarTestInterface var = (str -> Integer.valueOf(str+tempInt));
        Integer str =var.change("111") ;
        System.out.println(str);
    }
}

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8.2 访问局部引用，静态变量，实例变量

Lambda表达式不限制访问局部引用变量，静态变量，实例变量。代码测试都可正常执行，代码：

public class LambdaScopeTest {

    /**
     * 静态变量
     */
    private static String staticVar;

    /**
     * 实例变量
     */
    private String instanceVar;

    @FunctionalInterface
    interface VarChangeInterface{
        Integer change(String str);
    }

    /**
     * 测试引用变量
     */
    private void  testReferenceVar(){
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("111");
        //访问外部引用局部引用变量
        VarChangeInterface varChangeInterface = ((str) -> Integer.valueOf(list.get(0)));
        //修改局部引用变量
        list.set(0,"222");
        Integer str =varChangeInterface.change("");
        System.out.println(str);
    }


    /**
     * 测试静态变量
     */
    void testStaticVar(){
        staticVar="222";
        VarChangeInterface varChangeInterface = (str -> Integer.valueOf(str+staticVar));
        staticVar="333";
        Integer str =varChangeInterface.change("111") ;
        System.out.println(str);
    }


    /**
     * 测试实例变量
     */
    void testInstanceVar(){
        instanceVar="222";
        VarChangeInterface varChangeInterface = (str -> Integer.valueOf(str+instanceVar));
        instanceVar="333";
        Integer str =varChangeInterface.change("111") ;
        System.out.println(str);
    }



    public static void main(String[] args) {
        new LambdaScopeTest().testReferenceVar();
        new LambdaScopeTest().testStaticVar();
        new LambdaScopeTest().testInstanceVar();
    }
}

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在这里插入图片描述

Lambda表达式里不允许声明一个与局部变量同名的参数或者局部变量。

//编程报错
        Integer tempInt = 1;
        VarTestInterface varTest01 = (tempInt -> Integer.valueOf(tempInt));
        VarTestInterface varTest02 = (str -> {
            Integer tempInt = 1;
            Integer.valueOf(str);
        });

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8.3 Lambda表达式访问局部变量作限制的原因

Lambda表达式不能访问非final修饰的局部变量的原因是，局部变量是保存在栈帧中的。而在Java的线程模型中，栈帧中的局部变量是线程私有的，如果允许Lambda表达式访问到栈帧中的变量地址（可改变的局部变量），则会可能导致线程私有的数据被并发访问，造成线程不安全问题。

基于上述，对于引用类型的局部变量，因为Java是值传递，又因为引用类型的指向内容是保存在堆中，是线程共享的，因此Lambda表达式中可以修改引用类型的局部变量的内容，而不能修改该变量的引用。

对于基本数据类型的变量，在 Lambda表达式中只是获取到该变量的副本，且局部变量是线程私有的，因此无法知道其他线程对该变量的修改，如果该变量不做final修饰，会造成数据不同步的问题。

但是实例变量，静态变量不作限制，因为实例变量，静态变量是保存在堆中(Java8之后)，而堆是线程共享的。在Lambda表达式内部是可以知道实例变量，静态变量的变化。

9. Lambda表达式的优缺点

  • 优点：
  1. 使代码更简洁，紧凑
  2. 可以使用并行流来并行处理，充分利用多核CPU的优势
    有利于JIT编译器对代码进行优化
  • 缺点：
  1. 非并行计算情况下，其计算速度没有比传统的 for 循环快
  2. 不容易调试
  3. 若其他程序员没有学过 Lambda 表达式，代码不容易看懂

在Stream操作中使用lambda表达式：Java8新特性Stream的使用总结

笔记总结自：尚硅谷的视频教程-【Java8新特性】
参考：
1.Java 8 Lambda 表达式
2.Lambda-让人又爱又恨的“->"
推荐阅读：聊聊Java 8 Lambda 表达式

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