10個Java 8 Lambda表示式經典示例

Java 8 剛於幾周前釋出，日期是2014年3月18日，這次開創性的釋出在Java社群引發了不少討論，並讓大家感到激動。特性之一便是隨同釋出的lambda表示式，它將允許我們將行為傳到函式裡。在Java 8之前，如果想將行為傳入函式，僅有的選擇就是匿名類，需要6行程式碼。而定義行為最重要的那行程式碼，卻混在中間不夠突出。Lambda表示式取代了匿名類，取消了模板，允許用函式式風格編寫程式碼。這樣有時可讀性更好，表達更清晰。在Java生態系統中，函式式表達與對物件導向的全面支援是個激動人心的進步。將進一步促進並行第三方庫的發展，充分利用多核CPU。儘管業界需要時間來消化Java 8，但我認為任何嚴謹的Java開發者都不應忽視此次Java釋出的核心特性，即lambda表示式、函式式介面、流API、預設方法和新的Date以及Time API。作為開發人員，我發現學習和掌握lambda表示式的最佳方法就是勇於嘗試，儘可能多練習lambda表示式例子。鑑於受Java 8釋出的影響最大的是Java集合框架（Java Collections framework），所以最好練習流API和lambda表示式，用於對列表（Lists）和集合（Collections）資料進行提取、過濾和排序。我一直在進行關於Java 8的寫作，過去也曾分享過一些資源來幫助大家掌握Java 8。本文分享在程式碼中最有用的10個lambda表示式的使用方法，這些例子都短小精悍，將幫助你快速學會lambda表示式。

Java 8 lambda表示式示例

我個人對Java 8釋出非常激動，尤其是lambda表示式和流API。越來越多的瞭解它們，我能寫出更乾淨的程式碼。雖然一開始並不是這樣。第一次看到用lambda表示式寫出來的Java程式碼時，我對這種神祕的語法感到非常失望，認為它們把Java搞得不可讀，但我錯了。花了一天時間做了一些lambda表示式和流API示例的練習後，我開心的看到了更清晰的Java程式碼。這有點像學習泛型，第一次見的時候我很討厭它。我甚至繼續使用老版Java 1.4來處理集合，直到有一天，朋友跟我介紹了使用泛型的好處（才意識到它的好處）。所以基本立場就是，不要畏懼lambda表示式以及方法引用的神祕語法，做幾次練習，從集合類中提取、過濾資料之後，你就會喜歡上它。下面讓我們開啟學習Java 8 lambda表示式的學習之旅吧，首先從簡單例子開始。

例1、用lambda表示式實現Runnable

我開始使用Java 8時，首先做的就是使用lambda表示式替換匿名類，而實現Runnable介面是匿名類的最好示例。看一下Java 8之前的runnable實現方法，需要4行程式碼，而使用lambda表示式只需要一行程式碼。我們在這裡做了什麼呢？那就是用() -> {}程式碼塊替代了整個匿名類。

// Java 8之前：
new Thread(new Runnable() {
	@Override
	public void run() {
	System.out.println("Before Java8, too much code for too little to do");
	}
}).start();

//Java 8方式：
new Thread( () -> System.out.println("In Java8, Lambda expression rocks !!") ).start();

輸出：

too much code, for too little to do
Lambda expression rocks !!

這個例子向我們展示了Java 8 lambda表示式的語法。你可以使用lambda寫出如下程式碼：

(params) -> expression
(params) -> statement
(params) -> { statements }

例如，如果你的方法不對引數進行修改、重寫，只是在控制檯列印點東西的話，那麼可以這樣寫：

() -> System.out.println("Hello Lambda Expressions");

如果你的方法接收兩個引數，那麼可以寫成如下這樣：

(int even, int odd) -> even + odd

順便提一句，通常都會把lambda表示式內部變數的名字起得短一些。這樣能使程式碼更簡短，放在同一行。所以，在上述程式碼中，變數名選用a、b或者x、y會比even、odd要好。

例2、使用Java 8 lambda表示式進行事件處理

如果你用過Swing API程式設計，你就會記得怎樣寫事件監聽程式碼。這又是一箇舊版本簡單匿名類的經典用例，但現在可以不這樣了。你可以用lambda表示式寫出更好的事件監聽程式碼，如下所示：

// Java 8之前：
JButton show =  new JButton("Show");
show.addActionListener(new ActionListener() {
	@Override
	public void actionPerformed(ActionEvent e) {
	System.out.println("Event handling without lambda expression is boring");
	}
});

// Java 8方式：
show.addActionListener((e) -> {
	System.out.println("Light, Camera, Action !! Lambda expressions Rocks");
});

Java開發者經常使用匿名類的另一個地方是為 Collections.sort() 定製 Comparator。在Java 8中，你可以用更可讀的lambda表示式換掉醜陋的匿名類。我把這個留做練習，應該不難，可以按照我在使用lambda表示式實現 Runnable 和 ActionListener 的過程中的套路來做。

例3、使用lambda表示式對列表進行迭代

如果你使過幾年Java，你就知道針對集合類，最常見的操作就是進行迭代，並將業務邏輯應用於各個元素，例如處理訂單、交易和事件的列表。由於Java是命令式語言，Java 8之前的所有迴圈程式碼都是順序的，即可以對其元素進行並行化處理。如果你想做並行過濾，就需要自己寫程式碼，這並不是那麼容易。通過引入lambda表示式和預設方法，將做什麼和怎麼做的問題分開了，這意味著Java集合現在知道怎樣做迭代，並可以在API層面對集合元素進行並行處理。下面的例子裡，我將介紹如何在使用lambda或不使用lambda表示式的情況下迭代列表。你可以看到列表現在有了一個 forEach()  方法，它可以迭代所有物件，並將你的lambda程式碼應用在其中。

// Java 8之前：
List features = Arrays.asList("Lambdas", "Default Method", "Stream API", "Date and Time API");
for (String feature : features) {
	System.out.println(feature);
}

// Java 8之後：
List features = Arrays.asList("Lambdas", "Default Method", "Stream API", "Date and Time API");
features.forEach(n -> System.out.println(n));

// 使用Java 8的方法引用更方便，方法引用由::雙冒號操作符標示，
// 看起來像C++的作用域解析運算子
features.forEach(System.out::println);

輸出：

Lambdas
Default Method
Stream API
Date and Time API

列表迴圈的最後一個例子展示瞭如何在Java 8中使用方法引用（method reference）。你可以看到C++裡面的雙冒號、範圍解析操作符現在在Java 8中用來表示方法引用。

例4、使用lambda表示式和函式式介面Predicate

除了在語言層面支援函式式程式設計風格，Java 8也新增了一個包，叫做 java.util.function。它包含了很多類，用來支援Java的函數語言程式設計。其中一個便是Predicate，使用 java.util.function.Predicate 函式式介面以及lambda表示式，可以向API方法新增邏輯，用更少的程式碼支援更多的動態行為。下面是Java 8 Predicate 的例子，展示了過濾集合資料的多種常用方法。Predicate介面非常適用於做過濾。

public static void main(args[]){
	List languages = Arrays.asList("Java", "Scala", "C++", "Haskell", "Lisp");

	System.out.println("Languages which starts with J :");
	filter(languages, (str)->str.startsWith("J"));

	System.out.println("Languages which ends with a ");
	filter(languages, (str)->str.endsWith("a"));

	System.out.println("Print all languages :");
	filter(languages, (str)->true);

	System.out.println("Print no language : ");
	filter(languages, (str)->false);

	System.out.println("Print language whose length greater than 4:");
	filter(languages, (str)->str.length() > 4);
}

public static void filter(List names, Predicate condition) {
	for(String name: names)  {
		if(condition.test(name)) {
			System.out.println(name + " ");
		}
	}
}

輸出：

Languages which starts with J :
Java
Languages which ends with a
Java
Scala
Print all languages :
Java
Scala
C++
Haskell
Lisp
Print no language :
Print language whose length greater than 4:
Scala
Haskell

// 更好的辦法
public static void filter(List names, Predicate condition) {
	names.stream().filter((name) -> (condition.test(name))).forEach((name) -> {
		System.out.println(name + " ");
	});
}

可以看到，Stream API的過濾方法也接受一個Predicate，這意味著可以將我們定製的 filter() 方法替換成寫在裡面的內聯程式碼，這就是lambda表示式的魔力。另外，Predicate介面也允許進行多重條件的測試，下個例子將要講到。

例5、如何在lambda表示式中加入Predicate

上個例子說到，java.util.function.Predicate 允許將兩個或更多的 Predicate 合成一個。它提供類似於邏輯操作符AND和OR的方法，名字叫做and()、or()和xor()，用於將傳入 filter() 方法的條件合併起來。例如，要得到所有以J開始，長度為四個字母的語言，可以定義兩個獨立的 Predicate 示例分別表示每一個條件，然後用 Predicate.and() 方法將它們合併起來，如下所示：

// 甚至可以用and()、or()和xor()邏輯函式來合併Predicate，
// 例如要找到所有以J開始，長度為四個字母的名字，你可以合併兩個Predicate並傳入
Predicate<String> startsWithJ = (n) -> n.startsWith("J");
Predicate<String> fourLetterLong = (n) -> n.length() == 4;
names.stream()
	.filter(startsWithJ.and(fourLetterLong))
	.forEach((n) -> System.out.print("nName, which starts with 'J' and four letter long is : " + n));

類似地，也可以使用 or() 和 xor() 方法。本例著重介紹瞭如下要點：可按需要將 Predicate 作為單獨條件然後將其合併起來使用。簡而言之，你可以以傳統Java命令方式使用 Predicate 介面，也可以充分利用lambda表示式達到事半功倍的效果。

例6、Java 8中使用lambda表示式的Map和Reduce示例

本例介紹最廣為人知的函數語言程式設計概念map。它允許你將物件進行轉換。例如在本例中，我們將 costBeforeTax 列表的每個元素轉換成為稅後的值。我們將 x -> x*x lambda表示式傳到 map() 方法，後者將其應用到流中的每一個元素。然後用 forEach() 將列表元素列印出來。使用流API的收集器類，可以得到所有含稅的開銷。有 toList() 這樣的方法將 map 或任何其他操作的結果合併起來。由於收集器在流上做終端操作，因此之後便不能重用流了。你甚至可以用流API的 reduce() 方法將所有數字合成一個，下一個例子將會講到。

// 不使用lambda表示式為每個訂單加上12%的稅
List costBeforeTax = Arrays.asList(100, 200, 300, 400, 500);
for (Integer cost : costBeforeTax) {
	double price = cost + .12*cost;
	System.out.println(price);
}

// 使用lambda表示式
List costBeforeTax = Arrays.asList(100, 200, 300, 400, 500);
costBeforeTax.stream().map((cost) -> cost + .12*cost).forEach(System.out::println);

輸出：

112.0
224.0
336.0
448.0
560.0
112.0
224.0
336.0
448.0
560.0

例6.2、Java 8中使用lambda表示式的Map和Reduce示例

在上個例子中，可以看到map將集合類（例如列表）元素進行轉換的。還有一個 reduce() 函式可以將所有值合併成一個。Map和Reduce操作是函數語言程式設計的核心操作，因為其功能，reduce 又被稱為摺疊操作。另外，reduce 並不是一個新的操作，你有可能已經在使用它。SQL中類似 sum()、avg() 或者 count() 的聚集函式，實際上就是 reduce 操作，因為它們接收多個值並返回一個值。流API定義的 reduceh() 函式可以接受lambda表示式，並對所有值進行合併。IntStream這樣的類有類似 average()、count()、sum() 的內建方法來做 reduce 操作，也有mapToLong()、mapToDouble() 方法來做轉換。這並不會限制你，你可以用內建方法，也可以自己定義。在這個Java 8的Map Reduce示例裡，我們首先對所有價格應用 12% 的VAT，然後用 reduce() 方法計算總和。

// 為每個訂單加上12%的稅
// 老方法：
List costBeforeTax = Arrays.asList(100, 200, 300, 400, 500);
double total = 0;
for (Integer cost : costBeforeTax) {
	double price = cost + .12*cost;
	total = total + price;
}
System.out.println("Total : " + total);

// 新方法：
List costBeforeTax = Arrays.asList(100, 200, 300, 400, 500);
double bill = costBeforeTax.stream().map((cost) -> cost + .12*cost).reduce((sum, cost) -> sum + cost).get();
System.out.println("Total : " + bill);

輸出：

Total : 1680.0
Total : 1680.0

例7、通過過濾建立一個String列表

過濾是Java開發者在大規模集合上的一個常用操作，而現在使用lambda表示式和流API過濾大規模資料集合是驚人的簡單。流提供了一個 filter() 方法，接受一個 Predicate 物件，即可以傳入一個lambda表示式作為過濾邏輯。下面的例子是用lambda表示式過濾Java集合，將幫助理解。

// 建立一個字串列表，每個字串長度大於2
List<String> filtered = strList.stream().filter(x -> x.length()> 2).collect(Collectors.toList());
System.out.printf("Original List : %s, filtered list : %s %n", strList, filtered);

輸出：

Original List : [abc, , bcd, , defg, jk], filtered list : [abc, bcd, defg]

另外，關於 filter() 方法有個常見誤解。在現實生活中，做過濾的時候，通常會丟棄部分，但使用filter()方法則是獲得一個新的列表，且其每個元素符合過濾原則。

例8、對列表的每個元素應用函式

我們通常需要對列表的每個元素使用某個函式，例如逐一乘以某個數、除以某個數或者做其它操作。這些操作都很適合用 map() 方法，可以將轉換邏輯以lambda表示式的形式放在 map() 方法裡，就可以對集合的各個元素進行轉換了，如下所示。

// 將字串換成大寫並用逗號連結起來
List<String> G7 = Arrays.asList("USA", "Japan", "France", "Germany", "Italy", "U.K.","Canada");
String G7Countries = G7.stream().map(x -> x.toUpperCase()).collect(Collectors.joining(", "));
System.out.println(G7Countries);

輸出：

USA, JAPAN, FRANCE, GERMANY, ITALY, U.K., CANADA

例9、複製不同的值，建立一個子列表

本例展示瞭如何利用流的 distinct() 方法來對集合進行去重。

// 用所有不同的數字建立一個正方形列表
List<Integer> numbers = Arrays.asList(9, 10, 3, 4, 7, 3, 4);
List<Integer> distinct = numbers.stream().map( i -> i*i).distinct().collect(Collectors.toList());
System.out.printf("Original List : %s,  Square Without duplicates : %s %n", numbers, distinct);

輸出：

Original List : [9, 10, 3, 4, 7, 3, 4],  Square Without duplicates : [81, 100, 9, 16, 49]

例10、計算集合元素的最大值、最小值、總和以及平均值

IntStream、LongStream 和 DoubleStream 等流的類中，有個非常有用的方法叫做 summaryStatistics() 。可以返回 IntSummaryStatistics、LongSummaryStatistics 或者 DoubleSummaryStatistic s，描述流中元素的各種摘要資料。在本例中，我們用這個方法來計算列表的最大值和最小值。它也有 getSum() 和 getAverage() 方法來獲得列表的所有元素的總和及平均值。

//獲取數字的個數、最小值、最大值、總和以及平均值
List<Integer> primes = Arrays.asList(2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29);
IntSummaryStatistics stats = primes.stream().mapToInt((x) -> x).summaryStatistics();
System.out.println("Highest prime number in List : " + stats.getMax());
System.out.println("Lowest prime number in List : " + stats.getMin());
System.out.println("Sum of all prime numbers : " + stats.getSum());
System.out.println("Average of all prime numbers : " + stats.getAverage());

輸出：

Highest prime number in List : 29
Lowest prime number in List : 2
Sum of all prime numbers : 129
Average of all prime numbers : 12.9

Lambda表示式 vs 匿名類

既然lambda表示式即將正式取代Java程式碼中的匿名內部類，那麼有必要對二者做一個比較分析。一個關鍵的不同點就是關鍵字 this。匿名類的 this 關鍵字指向匿名類，而lambda表示式的 this 關鍵字指向包圍lambda表示式的類。另一個不同點是二者的編譯方式。Java編譯器將lambda表示式編譯成類的私有方法。使用了Java 7的 invokedynamic 位元組碼指令來動態繫結這個方法。

Java 8 Lambda表示式要點

10個Java lambda表示式、流API示例

到目前為止我們看到了Java 8的10個lambda表示式，這對於新手來說是個合適的任務量，你可能需要親自執行示例程式以便掌握。試著修改要求建立自己的例子，達到快速學習的目的。我還想建議大家使用Netbeans IDE來練習lambda表示式，它對Java 8支援良好。當把程式碼轉換成函式式的時候，Netbeans會及時給你提示。只需跟著Netbeans的提示，就能很容易地把匿名類轉換成lambda表示式。此外，如果你喜歡閱讀，那麼記得看一下Java 8的lambdas，實用函數語言程式設計這本書（Java 8 Lambdas, pragmatic functional programming），作者是Richard Warburton，或者也可以看看Manning的Java 8實戰（Java 8 in Action），這本書雖然還沒出版，但我猜線上有第一章的免費pdf。不過，在你開始忙其它事情之前，先回顧一下Java 8的lambda表示式、預設方法和函式式介面的重點知識。

1）lambda表示式僅能放入如下程式碼：預定義使用了 @Functional 註釋的函式式介面，自帶一個抽象函式的方法，或者SAM（Single Abstract Method 單個抽象方法）型別。這些稱為lambda表示式的目標型別，可以用作返回型別，或lambda目的碼的引數。例如，若一個方法接收Runnable、Comparable或者 Callable 介面，都有單個抽象方法，可以傳入lambda表示式。類似的，如果一個方法接受宣告於 java.util.function 包內的介面，例如 Predicate、Function、Consumer 或 Supplier，那麼可以向其傳lambda表示式。

2）lambda表示式內可以使用方法引用，僅當該方法不修改lambda表示式提供的引數。本例中的lambda表示式可以換為方法引用，因為這僅是一個引數相同的簡單方法呼叫。

list.forEach(n -> System.out.println(n)); 
list.forEach(System.out::println);  // 使用方法引用

然而，若對引數有任何修改，則不能使用方法引用，而需鍵入完整地lambda表示式，如下所示：

list.forEach((String s) -> System.out.println("*" + s + "*"));

事實上，可以省略這裡的lambda引數的型別宣告，編譯器可以從列表的類屬性推測出來。

3）lambda內部可以使用靜態、非靜態和區域性變數，這稱為lambda內的變數捕獲。

4）Lambda表示式在Java中又稱為閉包或匿名函式，所以如果有同事把它叫閉包的時候，不用驚訝。

5）Lambda方法在編譯器內部被翻譯成私有方法，並派發 invokedynamic 位元組碼指令來進行呼叫。可以使用JDK中的 javap 工具來反編譯class檔案。使用 javap -p 或 javap -c -v 命令來看一看lambda表示式生成的位元組碼。大致應該長這樣：

private static java.lang.Object lambda$0(java.lang.String);

6）lambda表示式有個限制，那就是隻能引用 final 或 final 區域性變數，這就是說不能在lambda內部修改定義在域外的變數。

List<Integer> primes = Arrays.asList(new Integer[]{2, 3,5,7});
int factor = 2;
primes.forEach(element -> { factor++; });

Compile time error : "local variables referenced from a lambda expression must be final or effectively final"

另外，只是訪問它而不作修改是可以的，如下所示：

List<Integer> primes = Arrays.asList(new Integer[]{2, 3,5,7});
int factor = 2;
primes.forEach(element -> { System.out.println(factor*element); });

輸出：

4
6
10
14

因此，它看起來更像不可變閉包，類似於Python。

以上就是Java 8的lambda表示式的全部10個例子。此次修改將成為Java史上最大的一次，將深遠影響未來Java開發者使用集合框架的方式。我想規模最相似的一次修改就是Java 5的釋出了，它帶來了很多優點，提升了程式碼質量，例如：泛型、列舉、自動裝箱（Autoboxing）、靜態匯入、併發API和變數引數。上述特性使得Java程式碼更加清晰，我想lambda表示式也將進一步改進它。我在期待著開發並行第三方庫，這可以使高效能應用變得更容易寫。