简化业务代码开发：看Lambda表达式如何将代码封装为数据

摘要：在云服务业务开发中，善于使用代码新特性，往往能让开发效率大大提升，这里简单介绍下lambad表达式及函数式接口特性。

1.Lambda 表达式

Lambda表达式也被称为箭头函数、匿名函数、闭包。他允许把函数作为一个方法的参数（函数作为参数传递到方法中），体现出轻量级函数式编程思想。

为什么引入lambda？

Model Code as Data，编码及数据，尽可能轻量级的将代码封装为数据。

解决方案：接口&实现类（匿名内部类）

存在问题：语法冗余，this关键字、变量捕获、数据控制等

public static void main (String[] args){
    // 1. 传统模式下，新线程的创建
    new Thread (new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("threading..." + Thread.currentThread().getId())
        }
    }).start();
     // 2. lambda表达式优化线程模式
    new Thread(()->{
        System.out.println("lambda threading..." + Thread.currentThread().getId());
    })

}

1. 不是解决未知问题的新技术
2. 对现有问题的语义化优化
3. 需要根据实际需求考虑性能问题

2.函数式接口（Functional Interface）

函数式接口就是Java类型系统中的接口，是只包含一个抽象方法的特殊接口（可以有很多非抽象方法）。

语言化检测注解：@FunctionalInterface 检测合法性

java1.8支持接口内包含：抽象方法、默认接口方法、静态接口方法、来自Object继承的方法

/**
 * 用户身份认证标记接口
 */
@FunctionalInterface
public interface IUserCredential {

    /**
     * 通过用户账号，验证用户身份信息的接口
     * @param username 要验证的用户账号
     * @return 返回身份信息[系统管理员、用户管理员、普通用户]
     */
    String verifyUser(String username);

    default String getCredential(String username) {
        if ("admin".equals(username)) {
            return "admin + 系统管理员用户";
        } else if("manager".equals(username)){
            return "manager + 用户管理员用户";
        } else {
            return "commons + 普通会员用户";
        }
    }
    String toString();

    /**
     * 消息合法性验证方法
     * @param msg 要验证的消息
     * @return 返回验证结果
     */
    static boolean verifyMessage(String msg) {
        if (msg != null) {
            return true;
        }
        return false;
    }
}

 // 匿名内部类，实现接口的抽象方法
        IUserCredential ic = new IUserCredential() {
            @Override
            public String verifyUser(String username) {
                return "admin".equals(username)?"管理员":"会员";
            }
        };
    // lambda表达式是函数式接口的一种简单实现
        IUserCredential ic2 = (username) -> {
            return "admin".equals(username)?"lbd管理员": "lbd会员";
        };

JDK 1.8 之前已有的函数式接口:

• java.lang.Runnable
• java.util.concurrent.Callable
• java.security.PrivilegedAction
• java.util.Comparator
• java.io.FileFilter
• more

JDK 1.8 新增加的函数接口：

• java.util.function

  /*
        java.util.function提供了大量的函数式接口
        Predicate 接收参数T对象，返回一个boolean类型结果
        Consumer 接收参数T对象，没有返回值
        Function 接收参数T对象，返回R对象
        Supplier 不接受任何参数，直接通过get()获取指定类型的对象
        UnaryOperator 接口参数T对象，执行业务处理后，返回更新后的T对象
        BinaryOperator 接口接收两个T对象，执行业务处理后，返回一个T对象
         */
        Predicate<String> pre = (String username) -> {
            return "admin".equals(username);
        };
        System.out.println(pre.test("manager"));

        Consumer<String> con = (String message) -> {
            System.out.println("要发送的消息：" + message);
        };
        con.accept("lambda expression.");

        Function<String, Integer> fun = (String gender) -> {
            return "male".equals(gender)?1:0;
        };
        System.out.println(fun.apply("male"));

        Supplier<String> sup = () -> {
            return UUID.randomUUID().toString();
        };
        System.out.println(sup.get());

        UnaryOperator<String> uo = (String img)-> {
            img += "[100x200]";
            return img;
        };
        System.out.println(uo.apply("原图--"));

        BinaryOperator<Integer> bo = (Integer i1, Integer i2) -> {
            return i1 > i2? i1: i2;
        };
        System.out.println(bo.apply(12, 13));

3.lambda表达式的基本语法

基本语法

• 声明：就是和lambda表达式绑定的接口类型
• 参数：包含在一对圆括号中，和绑定的接口中的抽象方法中的参数个数及顺序一致。
• 操作符：->
• 执行代码块：包含在一对大括号中，出现在操作符号的右侧

[接口声明] = (参数) -> {执行代码块};

// 没有参数，没有返回值的lambda表达式绑定的接口
    interface ILambda1{
        void test();
    }

    // 带有参数，没有返回值的lambda表达式
    interface ILambda2{
        void test(String name, int age);
    }

    // 带有参数，带有返回值的lambda表达式
    interface ILambda3 {
        int test(int x, int y);
    }

ILambda1 i1 = () -> System.out.println("hello boys!");
        i1.test();

        ILambda2 i21 = ( n,  a) -> {
            System.out.println(n + "say: my year's old is " + a);
        };
        i21.test("jerry", 18);

        ILambda2 i22 = (n, a) ->
            System.out.println(n + " 说：我今年" + a + "岁了.");

        i22.test("tom", 22);

        ILambda3 i3 = (x, y) -> {
            int z = x + y;
            return z;
        };
        System.out.println(i3.test(11, 22));

        ILambda3 i31 = (x, y) -> x + y;
        System.out.println(i31.test(100, 200));

总结：

• lambda表达式，必须和接口进行绑定。
• lambda表达式的参数，可以附带0个到n个参数，括号中的参数类型可以不用指定，jvm在运行时，会自动根据绑定的抽象方法中的参数进行推导。
• lambda表达式的返回值，如果代码块只有一行，并且没有大括号，不用写return关键字，单行代码的执行结果，会自动返回。 如果添加了大括号，或者有多行代码，必须通过return关键字返回执行结果。

变量捕获

• 匿名内部类型变量捕获
• lambda表达式变量捕获

// 1. 匿名内部类型中对于变量的访问
    String s1 = "全局变量";
    public void testInnerClass() {
        String s2 = "局部变量";

        new Thread(new Runnable() {
            String s3 = "内部变量";
            @Override
            public void run() {
                // 访问全局变量
//              System.out.println(this.s1);// this关键字~表示是当前内部类型的对象（报错）
                System.out.println(s1);

                System.out.println(s2);// 局部变量的访问，不能对局部变量进行数据的修改final
//              s2 = "hello";

                System.out.println(s3);
                System.out.println(this.s3);
            }
        }).start();
    }

    // 2. lambda表达式变量捕获
    public void testLambda() {
        String s2 = "局部变量lambda";

        new Thread(() -> {
            String s3 = "内部变量lambda";

            // 访问全局变量
            // 不再建立对象域
            System.out.println(this.s1);// this关键字，表示的就是所属方法所在类型的对象
            // 访问局部变量
            System.out.println(s2);
//          s2 = "hello";// 不能进行数据修改，默认推导变量的修饰符：final
            System.out.println(s3);
            s3 = "labmda 内部变量直接修改";
            System.out.println(s3);
        }).start();
    }

总结：Lambda表达式优化了匿名内部类类型中的this关键字，不再单独建立对象作用域，表达式本身就是所属类型对象的一部分，在语法语义上使用更加简洁。

类型检查

对于语法相同的表达式，Jvm在运行的过程中，在底层通过解释及重构，进行类型的自动推导。

• 表达式类型检查
• 参数类型检查

@FunctionalInterface
interface MyInterface<T, R> {
    R strategy (T t, R r);

}

public static void test(MyInterface<String, List> inter) {
        List<String> list = inter.strategy("hello", new ArrayList());
        System.out.println(list);
    }

   public static void main(String[] args) {
        test(new MyInterface<String, List>() {
            @Override
            public List strategy(String s, List list) {
                list.add(s);
                return list;
            }
        });

        test((x, y) -> {
            y.add(x);
            return y;
//            x.add(y);
//            return x;
        });

/*
(x,y)->{..} --> test(param) --> param==MyInterface --> lambda表达式-> MyInterface类型
这个就是对于lambda表达式的类型检查，MyInterface接口就是lambda表达式的目标类型(target typing)

(x,y)->{..} --> MyInterface.strategy(T r, R r)--> MyInterface<String, List> inter
--> T==String R==List --> lambda--> (x, y) == strategy(T t , R r)--> x==T==String  y==R==List
*/

方法重载

interface Param1 {
        void outInfo(String info);
    }

    interface Param2 {
        void outInfo(String info);
    }
// 定义重载的方法
    public void lambdaMethod(Param1 param) {
        param.outInfo("hello param1 imooc!");
    }
    public void lambdaMethod(Param2 param) {
        param.outInfo("hello param2 imooc");
    }

test.lambdaMethod(new Param1() {
            @Override
            public void outInfo(String info) {
                System.out.println(info);
            }
        });

        test.lambdaMethod(new Param2() {
            @Override
            public void outInfo(String info) {
                System.out.println("------");
                System.out.println(info);
            }
        });

        /*
        lambda表达式存在类型检查-> 自动推导lambda表达式的目标类型
        lambdaMethod() -> 方法 -> 重载方法
                -> Param1  函数式接口
                -> Param2  函数式接口
                调用方法-> 传递Lambda表达式-> 自动推导->
                    -> Param1 | Param2
         */
//           报错 Ambigus Method call
//        test.lambdaMethod( (String info) -> {
//            System.out.println(info);
//        });

总结：出现方法重载的类型中参数都是函数式接口的情况，需使用匿名内部类实现替代lambda表达式。

底层构建原理

public class Test{
    public static void main(String args[]){
        ITest it = (message) -> System.out.println(message);
        it.markUp("lambda!");
        // new Test$$Lambda$1().markUp("lambda");
    }
}
interface ITest{
    void markUp(String msg);
}

javac Test.java

• javap -p Test.class (javap反解析工具 -p显示所有类与成员)

java -Djdk.internal.lambda.dumpProxyClasses Test

Compiled from "Test.java"
public class Test {
  public Test();
  public static void main(java.lang.String[]);
    private static void lambda$main$0(java.lang.String){
        System.out.println(message);
    };

}

finnal class Test$$Lambda$1 implements ITest{
    private Test$$Lambda$1(){

    }
        public void markUp(java.lang.String msg){
        Test.lambda$main$0(msg);
    }
}

1. 声明一个私有静态方法，对Lambda表达式做一个具体的方法实现
2. 声明一个final内部类型并实现接口
3. 在实现接口后的重写方法中利用外部类调用该私有静态方法

4.方法引用

方法引用提供了非常有用的语法，可以直接引用已有Java类或对象（实例）的方法或构造器。与lambda联合使用，方法引用可以使语言的构造更紧凑简洁，减少冗余代码。

1. 静态方法引用
2. 实例方法引用
3. 构造方法引用

class Person {
    private String name;
    private String gender;
    private int age;

    // 静态方法引用
    public static int compareByAge(Person p1, Person p2) {
        return p1.getAge() - p2.getAge();
    }
}
class PersonUtil {
    // 增加一个实例方法
    public int comprareByName(Person p1, Person p2) {
        return p1.getName().hashCode() - p2.getName().hashCode();
    }

interface IPerson {
    // 抽象方法：通过指定类型的构造方法初始化对象数据
    Person initPerson(String name, String gender, int age);    

}

public static void main(String[] args) {
        List<Person> list = new ArrayList<Person>();
        list.add(new Person("shuke", "男", 29));
        list.add(new Person("tom", "男", 16));
        list.add(new Person("jerry", "男", 20));
        list.add(new Person("beita", "女", 30));

//      1.匿名内部类实现
        Collections.sort(list, new Comparator<Person>() {
            @Override
            public int compare(Person o1, Person o2) {
                return o1.getAge() - o2.getAge();
            }
        });
//      2.lambda表达式实现
        Collections.sort(list, (p1, p2) -> p1.getAge() - p2.getAge());
//      3.静态方法引用实现
        Collections.sort(list, Person::compareByAge);

//      4.实例方法引用
        PersonUtil pu = new PersonUtil();
        Collections.sort(list, pu::comprareByName);
        list.forEach(System.out::println);

//        5.构造方法引用：绑定函数式接口
        IPerson ip = Person::new;
        Person person = p1.initPerson("tom", "男", 18);
        System.out.println(person);
    }

5.Stream

• 新添加的Stream流—是一个来自数据源的元素队列并支持聚合操作。把真正的函数式编程风格引入到Java中。
• 不存储数据，也不修改原始源。
• Stream 使用一种类似用 SQL 语句从数据库查询数据的直观方式来提供一种对 Java 集合运算和表达的高阶抽象。
• Stream API可以极大提高Java程序员的生产力，让程序员写出高效率、干净、简洁的代码。
• 这种风格将要处理的元素集合看作一种流， 流在管道中传输， 并且可以在管道的节点上进行处理， 比如筛选， 排序，聚合等。
• 元素流在管道中经过中间操作（intermediate operation）的处理，最后由最终操作(terminal operation)得到前面处理的结果。

// 1. for循环实现 List<String> list = new ArrayList<String>(); for (String s : list) { if (s.length() > 3) { lista.add(s); } } System.out.println(lista);
// 2. 迭代器实现
List<String> listb = new ArrayList<>();
Iterator<String> it = list.iterator();
while(it.hasNext()) {
    String s = it.next();
    if(s.length() > 3) {
        listb.add(s);
    }
}
System.out.println(listb);

// 3. stream实现
List listc = list.stream().filter(s->s.length()>3)
    .collect(Collectors.toList());
System.out.println(listc);

几者关系

• lambda表达式是传统方法的语法糖，简化并且改造传统内部类实现设计方案的另一种实现模式。
• 方法引用又是lambda基础上的语法糖，和Stream没有关系，简化方法调用的。
• Stream是针对数据和集合的强化优化操作，可以和lambda结合起来简化编码过程。

常见API介绍

1.聚合操作

2.Stream的处理流程

• 数据源
• 数据转换[可一到多次转换]
• 获取结果

3.获取Stream对象

• 从集合或者数组中获取

Collection.stream(), 如list.stream()

Collection.parallelstream(), 获得支持并发处理的流

Arrays.stream(T t)

• BufferReader

BufferReader.lines()-> stream()

• 静态工厂

java.util.stream.IntStream.range()..

java.nio.file.Files.walk()..

• 自定构建

java.util.Spliterator

• 更多的方式

Random.ints()

Pattern.spiltAsStream()..

4.中间操作API{intermediate}：

• 操作结果是一个Stream对象，所以中间操作可有一个或多个连续的中间操作，需要注意的是中间操作只记录操作方式，不做具体执行，直到结束操作发生时，才做数据的最终执行。
• 中间操作就是业务逻辑处理
• 操作过程分为有状态和无状态

无状态：即处理数据时，不受前置中间操作的影响

• map/filter/peek/parallel/sequential/unordered
• 有状态：即处理数据时，受前置中间操作的影响
• distant/sorted/limit/skip

5.终结操作|结束操作{Terminal}

一个steam对象只能有一个Terminal操作。这个操作不可逆，一旦发生，就会真实处理数据生成对应结果

• 非短路操作:当前的Stream对象必须处理完集合中所有的数据，才能得到处理结果

forEach/forEachOrdered/toArray/reduce/collect/min/max/count/iterator

短路操作:当前的Stream对象在处理过程中，一旦满足某个条件，就可以得到结果

anyMatch/AllMatch/noneMatch/findfirst/findAny等

short-circuiting : 在无限大的stream 中返回有限大的stream 需要包含短路操作是有必要的

Stream转换

 // 1. 批量数据 -> Stream对象
        // 多个数据
        Stream stream = Stream.of("admin", "tom", "jerry");

        // 数组
        String [] strArrays = new String[] {"xueqi", "biyao"};
        Stream stream2 = Arrays.stream(strArrays);

        // 列表
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("aaa");
        list.add("bbb");
        list.add("ccc");
        Stream stream3 = list.stream();

        // 集合
        Set<String> set = new HashSet<>();
        set.add("aaa");
        set.add("bbb");
        set.add("ccc");
        Stream stream4 = set.stream();

        // Map
        Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
        map.put("tom", 1000);
        map.put("jerry", 1200);
        map.put("shuke", 1000);
        Stream stream5 = map.entrySet().stream();

    //2. Stream对象对于基本数据类型的功能封装
        //int / long / double
        IntStream.of(new int[] {10, 20, 30}).forEach(System.out::println); //只做一次拆箱装箱
        IntStream.range(1, 5).forEach(System.out::println);
        IntStream.rangeClosed(1, 5).forEach(System.out::println);

   // 3. Stream对象 --> 转换得到指定的数据类型
        // 数组
        Object [] objx = stream.toArray(String[]::new);

        // 字符串
        String str = stream.collect(Collectors.joining()).toString();
        System.out.println(str);

        // 列表
        //List<String> listx = (List<String>) stream.collect(Collectors.toList());
        System.out.println(listx);

        // 集合
        //Set<String> setx = (Set<String>) stream.collect(Collectors.toSet());
        System.out.println(setx);

        // Map
        //Map<String, String> mapx = (Map<String, String>)                             stream.collect(Collectors.toMap(x->x, y->"value:"+y));

        System.out.println(mapx);

Stream常见操作

// Stream中常见的API操作
        List<String> accountList = new ArrayList<>();
        accountList.add("tom");
        accountList.add("jerry");
        accountList.add("apha");
        accountList.add("beta");
        accountList.add("shuke");

        // map() 中间操作，map()方法接收一个Functional接口
        accountList = accountList.stream().map(x->"name:" + x).collect(Collectors.toList());

        // filter() 添加过滤条件，过滤符合条件的用户
        accountList = accountList.stream().filter(x-> x.length() > 3).collect(Collectors.toList());

        // forEach 增强型循环
        accountList.forEach(x-> System.out.println("forEach->" + x));

        // peek() 中间操作，迭代数据完成数据的依次处理过程
        accountList.stream()
                .peek(x -> System.out.println("peek 1: " + x))
                .peek(x -> System.out.println("peek 2:" + x))
                .forEach(System.out::println);// 合并多个过程 迭代只发生一次

        accountList.forEach(System.out::println);

        // Stream中对于数字运算的支持
        List<Integer> intList = new ArrayList<>();
        intList.add(20);
        intList.add(19);
        intList.add(7);
        intList.add(8);
        intList.add(86);
        intList.add(11);
        intList.add(3);
        intList.add(20);

        // skip() 中间操作，有状态，跳过部分数据
        intList.stream().skip(3).forEach(System.out::println);

        // limit() 中间操作，有状态，限制输出数据量
        intList.stream().skip(3).limit(2).forEach(System.out::println);

        // distinct() 中间操作，有状态，剔除重复的数据
        intList.stream().distinct().forEach(System.out::println);

        // sorted() 中间操作，有状态，排序
        // max() 获取最大值
        Optional optional = intList.stream().max((x, y)-> x-y);
        System.out.println(optional.get());
        // min() 获取最小值

        // reduce() 合并处理数据
        Optional optional2 = intList.stream().reduce((sum, x)-> sum + x);
        System.out.println(optional2.get());

6.案例

问题一：将实例List转化为Map

对于List<Table>来说，我需要将其形变为Map<Table.id,Table>，用如下流处理代码

//Table类
public class DmTable {
    private Integer id;

    private String tableName;

    private String tableComment;

    private Integer datasourceId;

    private Integer directoryId;

    private Boolean partitionFlag;

    private Integer columnNum;
    // ......
}
tableMap=TableList.stream().collect(Collectors.toMap(Table::getId, b -> b);
// 等效于
tableMap=TableList.stream().collect(Collectors.toMap(Table::getId, Function.identity()));// 静态方法 实现 return t -> t;

问题二：将集合分成若干类别

使用问题一中的Table类，对于List<Table>，我需要将其按照partitionFlag分类，Collector提供两种方法partitioningBy()、groupingBy()。前者分成满足条件与不满足条件两类，后者可按条件分成若干类别的Map。

Map<Boolean, List<Table>> tablePartition = tableList
        .stream().collect(Collectors.partitioningBy(item -> item.getPartitionFlag() == true));

有的时候，我们关注的不光是元素还有元素的个数，流处理可以再进行后期处理。

Map<Boolean, List<Table>> tablePartition = tableList

        .stream().collect(Collectors.partitioningBy(item -> item.getPartitionFlag() == true,Collectors.counting()));

可输出符合要求的个数。

groupingBy()可对字符串长度分组。

List<String> strings=Arrays.asList(“this”,”is”,”a”,”test”);
Map<Integer, List<String>> stringsMap = strings
        .stream().collect(Collectors.groupingBy(String::length);

结果输出多分类的map,key值为字符串长度。

注意：如果是从数据库获取数据，务必将分组操作放在数据库中执行，java8新增方法只适合处理内存中的数据。

问题三：从list中得到某个特定的对象

获得List<Table>中columnNum最多的table对象

tableList.stream().sorted(comparingInt(Table::getColumnNum)).collect(Collectors.toList()).get(tableList.size() - 1);

添加中间操作reversed() 可获取最小columnNum的对象

问题四： 得到Map<Table,Table.columnNum>中最大columnNum的table

 List<Map.Entry<Table, Integer>> list = new ArrayList(tableMap.entrySet());
Collections.sort(list, (o1, o2) -> (o2.getValue() - o1.getValue()));
list.get(0).getKey();

7.性能与安全

• 串行Stream的性能小于传统的for循环、 迭代器
• 并行Stream的性能与传统的for循环、 迭代器差不多，在处理对象（复杂数据类型）的情况下，并行性能最佳

// 整数列表
        List<Integer> lists = new ArrayList<Integer>();
        // 增加数据
        for (int i = 0; i < 1000; i++){
            lists.add(i);
        }

        // 串行Stream
        List<Integer> list2 = new ArrayList<>();
        lists.stream().forEach(x->list2.add(x));
        System.out.println(lists.size());
        System.out.println(list2.size());
        // 并行Stream  线程不安全 丢失
        List<Integer> list3 = new ArrayList<>();
        lists.parallelStream().forEach(x-> list3.add(x));
        System.out.println(list3.size());
          // collect 当并行执行时可以实例化、填充和合并多个中间结果，以保持可变数据结构的隔离
        List<Integer> list4 = lists.parallelStream().collect(Collectors.toList());
        System.out.println(list4.size());

本文分享自华为云社区《如何善用函数式接口简化云服务业务代码开发》，原文作者：luanzhen 。

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interface Param1 {
        void outInfo(String info);
    }

    interface Param2 {
        void outInfo(String info);
    }
// 定义重载的方法
    public void lambdaMethod(Param1 param) {
        param.outInfo("hello param1 imooc!");
    }
    public void lambdaMethod(Param2 param) {
        param.outInfo("hello param2 imooc");
    }