Lambda

2018-08-16 本文已影响1人阿班是小猿

简言

由于之前一直使用的都是Java 7,对Java 8的一些新特性不甚了解。最近Aban学习了一下Java 8的一些新特性，在这里简单总结、分享一下关于Lambda表达式的一些东西。如有错误，还望指正。

行为参数化的思想

在使用Lambda表达式之前，我们应该先理解一个重要概念----行为参数化。

行为参数化，简单来说，就是你准备好一个代码块，却不去执行它，这个代码块以后可以被程序其他部分调用。更通俗的说，就是把方法(你的代码)作为参数传递给另一个方法。

1.png

2.png

比如，将代码块传递给另一个方法，稍后去执行它。这个方法的行为就基于那块代码被参数化了。例如，你要处理一个集合，你一可能会写一个方法：

对列表中的每个元素做“某件不可描述的事情”
在列表处理完后做“另一件不可描述的事情”
遇到错误时可以做“另外一件不可描述的事情”

初试牛刀

我们接下来看一个例子，然后展示一些让代码灵活的最佳做法。(例子较长，请耐心观看~~)
有一个农场仓库，里面有很多苹果，我们用一个list集合来表示。

农民伯伯想要找出所有的绿苹果，听起来很简单：

public static List<Apple> filterGreenApples(List<Apple> apples) {
    List<Apple> greenApples = new ArrayList<Apple>();
    for(Apple apple: apples) {
        if("green".equals(apple.getColor())) {
            greenApples.add(apple);
        }
    }
    return greenApples;
}

我们检出所有的绿苹果之后，农民伯伯改变注意了，想要找出各种颜色苹果：绿色，红色，黄色......

再展身手，将颜色作为参数
针对农民伯伯的需求，我们可以把颜色作为参数，这样会更加灵活一点：

public static List<Apple> filterApples(List<Apple> apples,String color) {
    List<Apple> result = new ArrayList<Apple>();
    for(Apple apple: apples) {
        if(apple.getColor().equals(color)) {
            result.add(apple);
        }
    }
    return result;
}

我们再复杂一点，农民伯伯又说，要是能区分轻的苹果和重的苹果就好了，大于100克的算是重的苹果。作为有职业操守的程序员，我们早可以想到农民伯伯可能要改变重量，于是又有了下面的方法：

public static List<Apple> filterApples(List<Apple> apples,int weight) {
    List<Apple> result = new ArrayList<Apple>();
    for(Apple apple: apples) {
        if(apple.getWeight() > weight) {
            result.add(apple);
        }
    }
    return result;
}

虽然有了解决方案，但这有点令人失望，因为中间有很多重复的代码。

第三次尝试
我们可以把筛选颜色和重量弄到一个方法里面，定义一个标识来判断是筛选颜色还是重量：

public static List<Apple> filterApples(List<Apple> apples,String color,int weight,boolean flag) {
    List<Apple> result = new ArrayList<Apple>();
    for(Apple apple: apples) {
        if((flag && apple.getColor().equals(color)) ||
            (!flag && apple.getWeight() > weight)) {
            result.add(apple);
        }
    }
    return result;
}

你可以这么用：

List<Apple> greenApples = filterApples(apples,"green",0,true);
List<Apple> heavyApples = filterApples(apples,"",100,false);

但说句实话，这个方案实在糟糕透了，如果需要组合属性做更复杂的查询，或者有更加复杂的需求，可能需要更加冗长复杂的代码(你身为程序员的职业操守呢？？？)

运用行为参数化

从上面可以看到，我们需要一种更好的方法来应对变化的需求，需要更高层次的抽象。
我们可以根据Apple的属性，来返回一个boolean值，我们称之为谓词(即一个返回boolean值的函数)
首先，我们定义一个接口来对选择标准建模：

public interface ApplePredicate {
    boolean test(Apple apple);
}

然后，我们就可以用ApplePredicate的多个实现来代表不同的选择标准：

public class AppleColorPredicate implements ApplePredicate{
    //选出绿苹果
    @Override
    public boolean test(Apple apple) {
       return "green".equals(apple.getColor());
    }
}

public class AppleWeightPredicate implements ApplePredicate{
    //选出重的苹果
    @Override
    public boolean test(Apple apple) {
       return apple.getWeight() > 100;
    }
}

最后，我们的filter方法看起来是这样的：

public static List<Apple> filterApples(List<Apple> apples,ApplePredicate p){
    List<Apple> result = new ArrayList<Apple>();
    for (Apple apple : apples) {
        if(p.test(apple)) {
        result.add(apple);
    }
}
    return result;
}

这里，filterApples方法需要接受ApplePredicate对象，对Apple做条件测试。filterApples方法的行为取决于通过ApplePredicate对象传递的代码，换句话说，我们把filterApples方法的行为参数化了！(身为程序员的你终于有了有一丝丝尊严！！！)
由此，我们对行为参数化有了更精确的解释：让方法接受多种行为作为参数，并在内部使用，来完成不同的行为。

进阶

匿名类
上面的例子虽然最后算是找到一个还算好一点的方案,但还是有点费劲。我们可以使用匿名内部类，它允许你随用随建。

List<Apple> redApples = filterApples(apples,new ApplePredicate() {
        //筛选红苹果
        @Override
        public boolean test(Apple apple) {
            return "red".equals(apple.getColor());
        }
});

使用Lambda表达式
但匿名类还是不够好，它往往很笨重，占用很多空间；而且很多程序员觉得它用起来很费解。(唉，处女座就是麻烦...)
在Java 8中，可以用Lambda表达式写成下面的样子：

List<Apple> result = filterApples(apples,(Apple apple) -> "red".equals(apple.getColor()));

Lambda表达式

Lambda表达式的基本语法是：

(parameters) -> expression

或(请注意语句的花括号)

(parameters) -> { statements; }

比如我们利用Lambda表达式比较两个苹果的重量：

3.png

这个Lambda表达式有三个部分：

参数列表 —— 这里采用了Comparator中compare方法的参数,两个Apple
箭头 —— 箭头 -> 把参数列表和Lambda主体分隔开
Lambda主体 —— 比较两个Apple的重量，表达式就是Lambda的返回值了

什么时候可以使用Lambda

Lambda表达式是可以在函数式接口上使用的。函数式接口就是只定义一个抽象方法的接口。比如：

public interface Predicate<T>{
    boolean test (T t);
}

public interface Comparator<T>(){
    int compare(T o1,T o2);
}

public interface Runnable{
    void run();
}

其实，Lambda表达式允许你直接以内联的形式为函数式接口的抽象方法提供实现，并把整个表达式作为函数式接口的实例(确切来说，是函数式接口的一个具体实现的实例)。

Lambda表达式的具体使用

如果我们想要从一个文件中读取一行所需的内容，可以定义这样的方法：

public static String processFile() throws IOException {
    try (BufferedReader br = 
            new BufferedReader(new FileReader("data.txt"))){
        return br.readLine();
    }
}

那如果要读取两行呢，这时候我们就应该记起来行为参数化。

使用函数式接口来传递行为
前面已经说过，Lambda仅可用于上下文是函数式接口的情况。我们需要创建一个匹配BufferedReader -> String，还可以抛出异常的接口。

public interface BufferedReaderProcessor {
    String process(BufferedReader br) throws IOException;
}

现在，我们可以把这个接口作为processFile方法的参数：

public static String processFile(BufferedReaderProcessor p) throws Exception{
        try (BufferedReader br = 
              new BufferedReader(new FileReader("data.txt"))){
            return p.process(br);
        }
}

传递Lambda
现在我们就可以通过传递不同的Lambda重用processFile方法，以不同方式处理文件。

处理一行:

String oneLine = processFile((BufferedReader br) -> br.readLine());

处理两行:

String twoLine = processFile((BufferedReader br) -> br.readLine() + br.readLine());

几种函数式接口

Java 8中常用的函数式接口有三个:Predicate,Consumer,Function。这里我们简单介绍使用一下，具体使用有兴趣可以自己实践下。

Predicate

java.util.function.Predicate<T>接口定义了一个名叫test的抽象方法，它接受泛型T对象，并返回一个boolean。在需要表示一个涉及类型T的布尔表达式时，可以使用这个接口。比如，你可以定义一个接受String对象的Lambda表达式。

@FunctionalInterface
public interface Predicate<T> {
    boolean test(T t);
}

public static <T> List<T> filter(List<T> list, Predicate<T> p) { 
    List<T> results = new ArrayList<>(); 
    for(T s: list){ 
        if(p.test(s)){ 
            results.add(s); 
        } 
    } 
    return results; 
} 

Predicate<String> predicate = (String s) -> !s.isEmpty(); 
List<String> nonEmpty = filter(listOfStrings, predicate);

Consumer

java.util.function.Consumer<T>接口定义了一个名叫accept的抽象方法,它接受泛型T，没有返回值(void)。如果需要访问类型T的对象，并对其执行某些操作，可以使用这个接口。
比如定义一个forEach方法，接受一个Integer类型的列表，并对每个元素执行打印操作。

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

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

forEach(
    Arrays.asList(1,2,3,4,5),(Integer i) -> System.out.println(i)
);

Function

java.util.function.Function<T, R>接口定义了一个叫作apply的方法，它接受一个泛型T的对象，并返回一个泛型R的对象。如果需要定义一个Lambda，将输入的信息映射到输出，可以使用这个接口(比如提取苹果的重量，或把字符串映射为它的长度)。
比如，定义一个map方法，将一个String列表映射到包含每个String长度的Integer列表。

@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; 
} 

// [6,3,6]
List<Integer> list = map(
        Arrays.asList("lambda","int","action"),
        (String s) -> s.length()
    );

Supplier

java.util.function.Supplier<T>接口定义了一个get的抽象方法，它没有参数，返回一个泛型T的对象，这类似于一个工厂方法。
比如返回一个Apple对象。

public interface Supplier<T> {
    T get();
}

public static <T> T getObject(Supplier<T> s) {
    return s.get();
}

Apple apple = getObject(() -> new Apple());

方法引用

我们上面写到的Lambda表达式是很方便的，但确实它们可以再简洁一点，比如根据苹果重量对集合进行排序，Lambda表达式是这样的：

apples.sort((Apple a1,Apple a2) -> a1.getWeight().compareTo(a2.getWeight()));

使用 方法引用 和 java.util.Comparator.comparing 可以写成这样子：

apples.sort(comparing(Apple::getWeight));

基本格式

方法引用显式地指明调用的方法的名称，使代码的可读性更好。
当你想要使用方法引用时，目标引用放在分隔符 : : 前，方法名称放在后面：

4.png

下面给出了一些Java 8中方法引用的例子：

5.png

如何构建

方法引用主要有三类。

指向静态方法的方法引用(例如Integer 的 parseInt 方法)

Integer :: parseInt

指向任意类型实例方法的方法引用(例如String 的 length 方法)

String :: length  //实例为方法参数

指向现有对象的实例方法的方法引用(假设你有一个局部变量transaction，为Transaction类型，它支持实例方法getValue，就可以写成下面这样)

Transaction :: getValue  //实例为外部对象

第2钟和第3钟乍一看有点晕，其实第二种方法引用的思想就是你在引用一个对象的方法，这个对象本身是lambda的一个参数；第三种方法引用是你再调用一个已经存在的外部对象的方法。

构造函数引用

上面我展示了如何创建方法引用，其实我们也可以对类的构造函数做类似的事情。
我们可以利用 ClassName :: new 的形式构建一个构造函数的引用。假设一个构造函数没有参数，它试合Supplier的签名() -> Apple:

Supplier<Apple> supplier = Apple :: new;
Apple apple = supplier.get();

在使用方法引用之前它是这样的：

Supplier<Apple> supplier = () -> new Apple();
Apple apple = supplier.get();

如何你的构造函数是有参数的，比如签名是Apple(Integer weight),那么它就适合Function接口的签名：

Function<Integer,Apple> func = Apple :: new;
Apple apple = func.apply(100);

这就等价于：

Function<Integer,Apple> func = (weight) -> new Apple(weight);
Apple apple = func.apply(100);

Lambda和方法引用实战

接了下来我们继续研究前面的一个例子——按照苹果重量给Apple列表排序，我会展示从原始粗暴的状态到更加简明状态的过程，而且会用到前面提到的概念和功能：行为参数化、匿名类、Lambda表达式和方法引用。

行为参数化——传递代码

Java 8的API已经为我们提供了一个List可用的sort方法，我们可以直接使用。我们可以看下sort方法的签名：

void sort(Comparator<? super E> c)

它需要一个Comparator对象来比较两个Apple，所以第一个方案可以是这样的：

public class AppleComparator implements Comparator<Apple>{

    @Override
    public int compare(Apple a1, Apple a2) {
        return a1.getWeight().compareTo(a2.getWeight());
    }

}

apples.sort(new AppleComparator());

使用匿名类

我们可以使用匿名类来改进，而不是实现一个Comparator却只实例化一次：

apples.sort(new Comparator<Apple>() {
    public int compare(Apple a1, Apple a2) {
        return a1.getWeight().compareTo(a2.getWeight());
    }
});

使用Lambda表达式

使用匿名类的方案还挺啰嗦的，既然我们了解了Lambda表达式，它可以用更轻量级的语法来传递代码。我们需要记住这一点：在需要函数式接口的地方可以使用Lambda表达式，抽象方法的签名描述了Lambda表达式的签名。
Comparator接口抽象方法的签名是符合这种形式的——(T,T) -> int。所以我们改进后的方案是这样的：

apples.sort((Apple a1,Apple a2) 
              -> a1.getWeight().compareTo(a2.getWeight())
);

其实，Java的编译器是可以根据Lambda出现的上下文来推断Lambda表达式参数的类型的：

apples.sort((a1,a2) -> a1.getWeight().compareTo(a2.getWeight()));

Comparator接口其实有一个comparing的静态方法，可以接受一个Function，并返回一个Comparator对象。像下面这样：

Comparator<Apple> c = Comparator.comparing((Apple a) -> a.getWeight());

这时候我们的代码就可以更简洁一点了：

import static java.util.Comparator.comparing;

apples.sort(comparing(a -> a.getWeight()));

使用方法引用

最后，我们可以使用方法引用来完成最终解决方案：

apples.sort(comparing(Apple::getWeight));

总结

在了解了Lambda表达式的和方法引用的用法之后，你就可以自己去尝试用Lambda表达式去简化一些代码了(你可以自己去练习一下)。不过用于传递Lambda表达式的Comparator、Function、Predicate等函数式接口提供了允许你进行复合的方法。这意味着你可以把多个简单的Lambda复合成复杂的表达式。有兴趣的童鞋可以自己去了解下，这里不再详细讲解。