Java 8新特性（一）：Lambda表示式

一書生VOID發表於2019-03-04
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Java 8新特性（一）：Lambda表示式

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2014年3月釋出的Java 8，有可能是Java版本更新中變化最大的一次。新的Java 8為開發者帶來了許多重量級的新特性，包括Lambda表示式，流式資料處理，新的Optional類，新的日期和時間API等。這些新特性給Java開發者帶來了福音，特別是Lambda表示式的支援，使程式設計更加簡化。本篇文章將討論行為引數化，Lambda表示式，函式式介面等特性。

行為引數化

在軟體開發的過程中，開發人員可能會遇到頻繁的需求變更，使他們不斷地修改程式以應對這些變化的需求，導致專案進度緩慢甚至專案延期。行為引數化就是一種可以幫助你應對頻繁需求變更的開發模式，簡單的說，就是預先定義一個程式碼塊而不去執行它，把它當做引數傳遞給另一個方法，這樣，這個方法的行為就被這段程式碼塊引數化了。

為了方便理解，我們通過一個例子來講解行為引數化的使用。假設我們正在開發一個圖書管理系統，需求是要對圖書的作者進行過濾，篩選出指定作者的書籍。比較常見的做法就是編寫一個方法，把作者當成方法的引數：

public List<Book> filterByAuthor(List<Book> books, String author) {
	List<Book> result = new ArrayList<>();
	for (Book book : books) {
		if (author.equals(book.getAuthor())) {
			result.add(book);
		}
	}
	return result;
}
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現在客戶需要變更需求，新增過濾條件，按照出版社過濾，於是我們不得不再次編寫一個方法：

public List<Book> filterByPublisher(List<Book> books, String publisher) {
	List<Book> result = new ArrayList<>();
	for (Book book : books) {
		if (publisher.equals(book.getPublisher())) {
			result.add(book);
		}
	}
	return result;
}
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兩個方法除了名稱之外，內部的實現邏輯幾乎一模一樣，唯一的區別就是if判斷條件，前者判斷的是作者，後者判斷的是出版社。如果現在客戶又要增加需求，需要按照圖書的售價過濾，是不是需要再次將上面的方法複製一遍，將if判斷條件改為售價？ No! 這種做法違背了DRY（Don’t Repeat Yourself，不要重複自己）原則，而且不利於後期維護，如果需要改變方法內部遍歷方式來提高效能，意味著每個filterByXxx()方法都需要修改，工作量太大。

一種可行的辦法是對過濾的條件做更高層的抽象，過濾的條件無非就是圖書的某些屬性（比如價格、出版社、出版日期、作者等），可以宣告一個介面用於對過濾條件建模：

public interface BookPredicate {
    public boolean test(Book book);
}
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BookPredicate介面只有一個抽象方法test()，該方法接受一個Book型別引數，返回一個boolean值，可以用它來表示圖書的不同過濾條件。

接下來我們對之前的過濾方法進行重構，將filterByXxx()方法的第二個引數換成上面定義的介面：

public List<Book> filter(List<Book> books, BookPredicate bookPredicate) {
    List<Book> result = new ArrayList<>();
	for (Book book : books) {
		if (bookPredicate.test(book)) {
			result.add(book);
		}
	}
	return result;
}
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將過濾的條件換成BookPredicate的實現類，這裡採用了內部類：

// 根據作者過濾
final String author = "張三";
List<Book> result = filter(books, new BookPredicate() {
    @Override
    public boolean test(Book book) {
        return author.equals(book.getAuthor());
    }
});

// 根據圖書價格過濾
final double price = 100.00D;
List<Book> result = filter(books, new BookPredicate() {
    @Override
    public boolean test(Book book) {
        return price > book.getPrice();
    }
});
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重構前後有什麼區別？我們將方法中的if判斷條件換成了BookPredicate介面定義的test()方法，用於判斷是否滿足過濾條件，將圖書過濾的邏輯交給了BookPredicate介面的實現類，而不是在filter()方法內部實現過濾，而BookPredicate介面又是filter()方法的引數。以上的步驟，就是將行為引數化，也就是將圖書過濾的行為（BookPredicate介面的實現類）當做filter()方法的引數。現在，可以刪掉所有filterByXxx()的方法，只保留filter()方法，就算後期資料規模很龐大，需要改變集合的遍歷方式來提高效能，只需要在filter()方法內部做出相應的修改，而不用去修改其他業務程式碼。

不過，BookPredicate介面只是針對圖書的過濾，如果需要對其他物件集合排序（如：使用者），又得重新申明一個介面。有一個辦法就是可以用Java的泛型對它做進一步的抽象：

public interface Predicate<T> {
    public boolean test(T t);
}
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現在你可以把filter()方法用在任何物件的過濾中。

Lambda表示式

雖然我們對filter()方法進行重構，並抽象了Predicate介面作為過濾的條件，但實際上還需要編寫很多內部類來實現Predicate介面。使用內部類的方式實現Predicate介面有很多缺點：首先是程式碼顯得臃腫不堪，可讀性差；其次，如果某個區域性變數被內部類使用，這個變數必須使用final關鍵字修飾。在Java 8中，使用Lambda表示式可以對內部類進一步簡化：

// 根據作者過濾
List<Book> result = filter(books, book -> "張三".equals(book.getAuthor()));

// 根據圖書價格過濾
List<Book> result = filter(books, book -> 100 > book.getPrice());
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使用Lambda僅僅用一行程式碼就對內部類進行了轉化，而且程式碼變得更加清晰可讀。其中book -> "張三".equals(book.getAuthor())和book -> 100 > book.getPrice()就是我們接下來要研究的Lambda表示式。

Lambda表示式是什麼

Lambda表示式（lambda expression）是一個匿名函式，由數學中的λ演算而得名。在Java 8中可以把Lambda表示式理解為匿名函式，它沒有名稱，但是有引數列表、函式主體、返回型別等。

Lambda表示式的語法如下：

(parameters) -> { statements; }
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為什麼要使用Lambda表示式？前面你也看到了，在Java中使用內部類顯得十分冗長，要編寫很多樣板程式碼，Lambda表示式正是為了簡化這些步驟出現的，它使程式碼變得清晰易懂。

如何使用Lambda表示式

Lambda表示式是為了簡化內部類的，你可以把它當成是內部類的一種簡寫方式，只要是有內部類的程式碼塊，都可以轉化成Lambda表示式：

// Comparator排序
List<Integer> list = Arrays.asList(3, 1, 4, 5, 2);
list.sort(new Comparator<Integer>() {
    @Override
    public int compare(Integer o1, Integer o2) {
        return o1.compareTo(o2);
    }
});

// 使用Lambda表示式簡化
list.sort((o1, o2) -> o1.compareTo(o2));
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// Runnable程式碼塊
Thread thread = new Thread(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Hello Man!");
    }
});

// 使用Lambda表示式簡化
Thread thread = new Thread(() -> System.out.println("Hello Man!"));
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可以看出，只要是內部類的程式碼塊，就可以使用Lambda表示式簡化，並且簡化後的程式碼清晰易懂。甚至，Comparator排序的Lambda表示式還可以進一步簡化：

list.sort(Integer::compareTo);
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這種寫法被稱為 方法引用，方法引用是Lambda表示式的簡便寫法。如果你的Lambda表示式只是呼叫這個方法，最好使用名稱呼叫，而不是描述如何呼叫，這樣可以提高程式碼的可讀性。

方法引用使用::分隔符，分隔符的前半部分表示引用型別，後面半部分表示引用的方法名稱。例如：Integer::compareTo表示引用型別為Integer，引用名稱為compareTo的方法。

類似使用方法引用的例子還有列印集合中的元素到控制檯中：

list.forEach(System.out::println);
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函式式介面

如果你的好奇心使你翻看Runnable介面原始碼，你會發現該介面被一個@FunctionalInterface的註解修飾，這是Java 8中新增的新註解，用於表示 函式式介面。

函式式介面又是什麼鬼？在Java 8中，把那些僅有一個抽象方法的介面稱為函式式介面。如果一個介面被@FunctionalInterface註解標註，表示這個介面被設計成函式式介面，只能有一個抽象方法，如果你新增多個抽象方法，編譯時會提示“Multiple non-overriding abstract methods found in interface XXX”之類的錯誤。

函式式方法又能做什麼？Java8允許你以Lambda表示式的方式為函式式介面提供實現，通俗的說，你可以將整個Lambda表示式作為介面的實現類。

除了Runnable之外，Java 8中內建了許多函式式介面供開發者使用，這些介面位於java.util.function包中，我們之前使用的Predicate介面，已經被包含在這個包內，他們分別為Predicate、Consumer和Function，由於我們已經在之前的圖書過濾的例子中介紹了Predicate的用法，所以接下來主要介紹Consumer和Function的用法。

Consumer

java.util.function.Consumer<T>定義了一個名叫accept()的抽象方法，它接受泛型T的物件，沒有返回（void）。如果你需要訪問型別T的物件，並對其執行某些操作，就可以使用這個介面。比如，你可以用它來建立一個forEach()方法，接受一個集合，並對集合中每個元素執行操作：

@FunctionalInterface
public interface Consumer<T> {
    void accept(T t);
}

public static <T> void forEach(List<T> list, Consumer<T> consumer) {
    for(T t: list){
        consumer.accept(t);
    }
}

public static void main(String[] args) {
    List<String> list = Arrays.asList("A", "B", "C", "D");
    forEach(list, str -> System.out.println(str));
    // 也可以寫成
    forEach(list, System.out::println);
}
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Function

java.util.function.Function<T, R>介面定義了一個叫作apply()的方法，它接受一個泛型T的物件，並返回一個泛型R的物件。如果你需要定義一個Lambda，將輸入物件的資訊對映到輸出，就可以使用這個介面。比如，我們需要計算一個圖書集合中每本書的作者名稱有幾個漢字（假設這些書的作者都是中國人）：

@FunctionalInterface
public interface Function<T, R> {
    R apply(T t);
}

public static <T, R> List<R> map(List<T> list, Function<T, R> f) {
    List<R> result = new ArrayList<>();
    for(T s: list){
        result.add(f.apply(s));
    }
    return result;
}

public static void main(String[] args) {
    List<Book> books = Arrays.asList(
        new Book("張三", 99.00D),
        new Book("李四", 59.00D),
        new Book("王老五", 59.00D)
    );
    List<Integer> results = map(books, book -> book.getAuthor().length());
}
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現在，你應該對Lambda表示式有一個初步的瞭解了，並且，你可以使用Lambda表示式來重構你的程式碼，提高程式碼可讀性；使用行為引數化來設計你的程式，讓程式更靈活。在下一篇文章將會介紹Java 8的另一個特性——流式資料處理。

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