Java8 新特性Lambda表達(dá)式實(shí)例詳解

在介紹Lambda表達(dá)式之前，我們先來看只有單個(gè)方法的Interface（通常我們稱之為回調(diào)接口）：

public interface OnClickListener {
  void onClick(View v);
}

我們是這樣使用它的：

button.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
  @Override
  public void onClick(View v) {
    v.setText("lalala");
  }
});

這種回調(diào)模式在各種框架中非常流行,但是像上面這樣的匿名內(nèi)部類并不是一個(gè)好的選擇，因?yàn)椋?/p>

• 語(yǔ)法冗余；
• 匿名內(nèi)部類中的this指針和變量容易產(chǎn)生誤解；
• 無法捕獲非final局部變量；
• 非靜態(tài)內(nèi)部類默認(rèn)持有外部類的引用，部分情況下會(huì)導(dǎo)致外部類無法被GC回收，導(dǎo)致內(nèi)存泄露。
  

令人高興的是Java8為我們帶來了Lambda,下面我們看看利用Lambda如何實(shí)現(xiàn)上面的功能：

button.setOnClickListener(v -> v.setText("lalala"));

怎么樣？！五行代碼用一行就搞定了?。?！

在這里補(bǔ)充個(gè)概念函數(shù)式接口；前面提到的OnClickListener接口只有一個(gè)方法，Java中大多數(shù)回調(diào)接口都有這個(gè)特征：比如Runnable和Comparator；我們把這些只擁有一個(gè)方法的接口稱之為函數(shù)式接口。

一、Lambda表達(dá)式

匿名內(nèi)部類最大的問題在于其冗余的語(yǔ)法，比如前面的OnClickListener中五行代碼僅有一行是在執(zhí)行任務(wù)。Lambda表達(dá)式是匿名方法，前面我們也看到了它用極其輕量的語(yǔ)法解決了這一問題。

下面給大家看幾個(gè)Lambda表達(dá)式的例子：

(int x, int y) -> x + y           //接收x和y兩個(gè)整形參數(shù)并返回他們的和
() -> 66                   //不接收任何參數(shù)直接返回66
(String name) -> {System.out.println(name);} //接收一個(gè)字符串然后打印出來
(View view) -> {view.setText("lalala");}   //接收一個(gè)View對(duì)象并調(diào)用setText方法

Lambda表達(dá)式語(yǔ)法由參數(shù)列表、->和函數(shù)體組成。函數(shù)體既可以是一個(gè)表達(dá)式也可以是一個(gè)代碼塊。

表達(dá)式：表達(dá)式會(huì)被執(zhí)行然后返回結(jié)果。它簡(jiǎn)化掉了return關(guān)鍵字。

代碼塊：顧名思義就是一坨代碼，和普通方法中的語(yǔ)句一樣。

二、目標(biāo)類型

通過前面的例子我們可以看到，lambda表達(dá)式?jīng)]有名字，那我們?cè)趺粗浪念愋湍?？答案是通過上下文推導(dǎo)而來的。例如，下面的表達(dá)式的類型是OnClickListener

OnClickListener listener = (View v) -> {v.setText("lalala");};

這就意味著同樣的lambda表達(dá)式在不同的上下文里有不同的類型

Runnable runnable = () -> doSomething(); //這個(gè)表達(dá)式是Runnable類型的
Callback callback = () -> doSomething(); //這個(gè)表達(dá)式是Callback類型的

編譯器利用lambda表達(dá)式所在的上下文所期待的類型來推導(dǎo)表達(dá)式的類型，這個(gè)被期待的類型被稱為目標(biāo)類型。lambda表達(dá)式只能出現(xiàn)在目標(biāo)類型為函數(shù)式接口的上下文中。

Lambda表達(dá)式的類型和目標(biāo)類型的方法簽名必須一致，編譯器會(huì)對(duì)此做檢查，一個(gè)lambda表達(dá)式要想賦值給目標(biāo)類型T則必須滿足下面所有的條件：

1. T是一個(gè)函數(shù)式接口
2. lambda表達(dá)式的參數(shù)必須和T的方法參數(shù)在數(shù)量、類型和順序上一致（一一對(duì)應(yīng)）
3. lambda表達(dá)式的返回值必須和T的方法的返回值一致或者是它的子類
4. lambda表達(dá)式拋出的異常和T的方法的異常一致或者是它的子類

由于目標(biāo)類型是知道lambda表達(dá)式的參數(shù)類型，所以我們沒必要把已知的類型重復(fù)一遍。也就是說lambda表達(dá)式的參數(shù)類型可以從目標(biāo)類型獲取：

//編譯器可以推導(dǎo)出s1和s2是String類型
Comparator<String> c = (s1, s2) -> s1.compareTo(s2);
//當(dāng)表達(dá)式的參數(shù)只有一個(gè)時(shí)括號(hào)也是可以省略的
button.setOnClickListener(v -> v.setText("lalala"));

ps: Java7中的泛型方法和<>構(gòu)造器也是通過目標(biāo)類型來進(jìn)行類型推導(dǎo)的,如：

List<Integer> intList = Collections.emptyList>();
List<String> strList = new ArrayList<>();

三、作用域

在內(nèi)部類中使用變量名和this非常容易出錯(cuò)。內(nèi)部類通過繼承得到的成員變量（包括來說object的）可能會(huì)把外部類的成員變量覆蓋掉，未做限制的this引用會(huì)指向內(nèi)部類自己而非外部類。

而lambda表達(dá)式的語(yǔ)義就十分簡(jiǎn)單：它不會(huì)從父類中繼承任何變量，也不用引入新的作用域。lambda表達(dá)式的參數(shù)及函數(shù)體里面的變量和它外部環(huán)境的變量具有相同的語(yǔ)義（this關(guān)鍵字也是一樣）。

下面我們舉個(gè)栗子吧!

public class HelloLambda {

  Runnable r1 = () -> System.out.println(this);
  Runnable r2 = () -> System.out.println(toString());

  @Override
  public String toString() {
    return "Hello, lambda!";
  }

  public static void main(String[] args) {
    new HelloLambda().r1.run(); 
    new HelloLambda().r2.run();
  }
}

上面的代碼最終會(huì)打印兩個(gè)Hello, lambda!，與之相類似的內(nèi)部類則會(huì)打印出類似HelloLambda$1@32a890和HelloLambda$1@6b32098這種出乎意料的字符串。

總結(jié)：基于詞法作用域的理念，lambda表達(dá)式不可以掩蓋任何其所在上下文的局部變量。

四、變量捕獲

在Java7中，編譯器對(duì)內(nèi)部類中引用的外部變量（即捕獲的變量）要求非常嚴(yán)格：如果捕獲的變量沒有被聲明為final就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)編譯錯(cuò)誤。但是在Java8中放寬了這一限制–對(duì)于lambda表達(dá)式和內(nèi)部類，允許在其中捕獲那些符合有效只讀的局部變量（如果一個(gè)局部變量在初始化后從未被修改過，那么它就是有效只讀）。

Runnable getRunnable(String name){
  String hello = "hello";
  return () -> System.out.println(hello+","+name);
}

對(duì)于this的引用以及通過this對(duì)未限定字段的引用和未限定方法的調(diào)用本質(zhì)上都屬于使用final局部變量。包含此類引用的lambda表達(dá)式相當(dāng)于捕獲了this實(shí)例。在其他情況下，lambda對(duì)象不會(huì)保留任何對(duì)this的應(yīng)用。

這個(gè)特性對(duì)內(nèi)存管理是極好的：要知道在java中一個(gè)非靜態(tài)內(nèi)部類會(huì)默認(rèn)持有外部類實(shí)例的強(qiáng)引用，這往往會(huì)造成內(nèi)存泄露。而在lambda表達(dá)式中如果沒有捕獲外部類成員則不會(huì)保留對(duì)外部類實(shí)例的引用。

不過盡管Java8放寬了對(duì)捕獲變量的語(yǔ)法限制，但試圖修改捕獲變量的行為是被禁止的，比如下面這個(gè)例子就是非法的：

int sum = 0;
list.forEach(i -> {sum += i;});

為什么要禁止這種行為呢？因?yàn)檫@樣的lambda表達(dá)式很容易引起race condition

lambda表達(dá)式不支持修改捕獲變量的另外一個(gè)原因是我們可以使用更好的方式來實(shí)現(xiàn)同樣的效果：使用規(guī)約(condition)。java.util.stream包提供了各種規(guī)約操作，關(guān)于Java8中的Stream API我們放到下一章介紹。

五、方法引用

lambda表達(dá)式允許我們定義一個(gè)匿名方法，并以函數(shù)式接口的方式使用它。Java8能夠在已有的方法上實(shí)現(xiàn)同樣的特性。

方法引用和lambda表達(dá)式擁有相同的特性（他們都需要一個(gè)目標(biāo)類型，并且需要被轉(zhuǎn)化為函數(shù)式接口的實(shí)例）,不過我們不需要為方法引用提供方法體，我們可以直接通過方法名引用已有方法。

以下面的代碼為例，假設(shè)我們要按照userName排序

class User{

  private String userName;

  public String getUserName() {
    return userName;
  }
  ...
}

List<User> users = new ArrayList<>();
Comparator<User> comparator = Comparator.comparing(u -> u.getUserName());
Collections.sort(users, comparator);

我們可以用方法引用替換上面的lambda表達(dá)式

Comparator<User> comparator = Comparator.comparing(User::getUserName);

這里的User::getUserName被看做是lambda表達(dá)式的簡(jiǎn)寫形式。盡管方法引用不一定會(huì)把代碼變得更緊湊，但它擁有更明確的語(yǔ)義–如果我們想要調(diào)用的方法擁有一個(gè)名字，那么我們就可以通過方法名調(diào)用它。

方法引用有很多種，它們的語(yǔ)法如下：

1. 靜態(tài)方法引用：ClassName::methodName
2. 實(shí)例上的實(shí)例方法引用：instanceReference::methodName
3. 超類上的實(shí)例方法引用：super::methodName
4. 類型上的實(shí)例方法引用：ClassName::methodName
5. 構(gòu)造方法引用：Class::new
6. 數(shù)組構(gòu)造方法引用：TypeName[]::new

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