Java lambda表达式基本使用

代码示例：java.lambda.LambdaExpression

1 本质

• lambda表达式本质上是对匿名内部类实例的一种简化写法。

1.1 案例

有以下List<Integer>对象：

List<Integer> list = Arrays.asList(1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 10);

在对List进行从小大大排序时，会用到List#sort(Comparator)方法，需要传递实现Comparator接口的对象作为参数：

default void sort(Comparator<? super E> c) {
    // 省略方法体
}

可以想到有如下四种不同的代码编写的方式。

1、 创建Comparator的实现类

根据需求，手动实现Comparator接口：

public class AscComparator implements Comparator<Integer> {
    @Override
    public int compare(Integer o1, Integer o2) {
        return o1.compareTo(o2);
    }
}

然后，创建AscComparator实例，传给List#sort(Comparator)方法：

Comparator<Integer> ascComparator = new AscComparator();
list.sort(ascComparator);

2、创建Comparator的匿名对象

可以直接创建Comparator的匿名对象，然后传给List#sort(Comparator)方法：

Comparator<Integer> anonymousComparator = new Comparator<Integer>() {
    @Override
    public int compare(Integer o1, Integer o2) {
        return o1.compareTo(o2);
    }
};
list.sort(anonymousComparator);

等价于：

list.sort(new Comparator<Integer>() {
    @Override
    public int compare(Integer o1, Integer o2) {
        return o1.compareTo(o2);
    }
});

3、lambda表达式

直接使用lambda表达式：

list.sort((o1, o2) -> o1.compareTo(o2));

4、方法引用

使用方法引用（方法引用具体概念和使用可以查看相关文章）：

list.sort(Integer::compare);

可以明显看出，使用lambda表达式和方法引用极大提高了开发的速度，提升了代码的简洁性。

1.2 本质

实际上，lambda表达式只是JVM提供的语法糖。在JVM执行过程中，会根据lambda表达式的规则，动态创建出匿名的接口实现类对象。

• lambda表达式本质上是Java对象。

可以通过查看lambda表达式的Class对象和实例对象来证明这一点：

public class LambdaExpression {
    public void printConsumer(Consumer consumer) {
        System.out.println(consumer.getClass());
        System.out.println(consumer.getClass().getInterfaces()[0]);
        System.out.println(consumer);
    }
}

1、案例1

运行以下代码：

LambdaExpression lambdaObjPrinter = new LambdaExpression();
lambdaObjPrinter.printConsumer(o -> o.getClass());
lambdaObjPrinter.printConsumer(o -> o.getClass());

会有如下输出：

class lambda.LambdaExpression$$Lambda$1/2003749087
interface java.util.function.Consumer
lambda.LambdaExpression$$Lambda$1/2003749087@41629346
class lambda.LambdaExpression$$Lambda$2/1078694789
interface java.util.function.Consumer
lambda.LambdaExpression$$Lambda$2/1078694789@6d311334

• 这证明了执行过程中会根据lambda表达式动态生成函数式接口的实现类，并创建该实现类的实例。
• 同时，先后执行的2个lambda表达式，尽管格式相同，仍然动态生成了2个实现类。

查看编译后的.class文件如下：

LambdaExpression lambdaObjPrinter = new LambdaExpression();
lambdaObjPrinter.printConsumer((o) -> {
    o.getClass();
});
lambdaObjPrinter.printConsumer((o) -> {
    o.getClass();
});

2、案例2

运行如下代码：

LambdaExpression lambdaObjPrinter = new LambdaExpression();
for (int i = 0; i < 2; i++) {
    lambdaObjPrinter.printConsumer(o -> o.getClass());
}
System.out.println("=============");
for (int i = 0; i < 2; i++) {
    lambdaObjPrinter.printConsumer(o -> o.getClass());
}

会发现有如下输出：

class lambda.LambdaExpression$$Lambda$1/2003749087
interface java.util.function.Consumer
lambda.LambdaExpression$$Lambda$1/2003749087@41629346
class lambda.LambdaExpression$$Lambda$1/2003749087
interface java.util.function.Consumer
lambda.LambdaExpression$$Lambda$1/2003749087@41629346
=============
class lambda.LambdaExpression$$Lambda$2/1078694789
interface java.util.function.Consumer
lambda.LambdaExpression$$Lambda$2/1078694789@6d311334
class lambda.LambdaExpression$$Lambda$2/1078694789
interface java.util.function.Consumer
lambda.LambdaExpression$$Lambda$2/1078694789@6d311334

• 说明在不同for循环中（while等循环结果相同），只会动态生成1个实现类。

查看编译后的.class文件如下：

LambdaExpression lambdaObjPrinter = new LambdaExpression();

int i;
for(i = 0; i < 2; ++i) {
    lambdaObjPrinter.printConsumer((o) -> {
        o.getClass();
    });
}

System.out.println("=============");

for(i = 0; i < 2; ++i) {
    lambdaObjPrinter.printConsumer((o) -> {
        o.getClass();
    });
}

• 说明这不是编译器编译的结果，应该是JVM执行时对循环语句中lambda表达式的优化。

2 基本语法

lambda表达式本质上是对函数式接口的匿名实现类实例的一种简化写法：方法格式和lambda表达式格式一一对应。

对于执行逻辑而言，方法主要由两部分组成（没有返回值）：形参和方法体。

lambda表达式与之对应：

1、形参：(t1, t2[, ……])，对应方法的形参(T1 t1, T2 t2[, ……])

2、箭头：->，固定

3、方法体：{}，对应方法的方法体

2.1 分类

根据方法形参和返回值的不同组合，lambda表达式可以分成以下几类：

1. 没有形参：

() -> {
	// 方法体
}

1. 一个形参：

(t) -> {
	// 方法体
}

1. 多个形参：

   (t1, t2[, ……]) -> {
   
   // 方法体
   
   }

2. 没有返回值：

() -> {
	// 方法体
}

1. 有返回值：

() -> {
	// 方法体
	return something;
}

根据形参个数的不同，形参部分可以有不同的写法：

1、没有形参或多个形参（超过1个），需要带()：

() -> {
	// 方法体
}
(t1, t2[, ……]) {
	// 方法体
}

2、一个形参，可以省略()：

(t) -> {
	// 方法体
}
t -> {
	// 方法体
}

根据方法体中代码行数的不同，方法体部分也有不同的写法：

1、一行代码，可以省略{}（此时该行代码的return和;也必须省略）：

() -> {
	System.out.println("Hello World!");
}
() -> System.out.println("Hello World!")
() -> {
	return "Hello World!"
}
() -> "Hello World!"

2、多行代码，不可以省略{}：

() -> {
	System.out.println("Hello");
	System.out.println("World!");
}
() -> {
	System.out.println("Hello");
	return "Hello World!"
}

2.2 案例

• 定义函数式接口，模拟不同类型的lambda表达式：

public class FunctionInterface {
    interface AcceptEmpty {
        void accept();
    }

    interface AcceptOne<T> {
        void accept(T t);
    }

    interface AcceptMore<T, E> {
        void accept(T t, E e);
    }

    interface ReturnVoid {
        void returnVoid();
    }

    interface ReturnR<R> {
        R returnR();
    }
}

• 定义调用类，接收不同的lambda表达式：

/**
* 调用函数式接口的服务类
* @param <T> 第一个形参类型
* @param <E> 第二个形参类型
* @param <R> 返回值类型
*/
public class Service<T, E, R> {
    private T t;
    private E e;

    public Service(T t, E e) {
        this.t = t;
        this.e = e;
    }

    void acceptEmpty(FunctionInterface.AcceptEmpty acceptEmpty) {
        acceptEmpty.accept();
    }

    void acceptOne(FunctionInterface.AcceptOne<T> acceptOne) {
        acceptOne.accept(this.t);
    }

    void acceptMore(FunctionInterface.AcceptMore<T, E> acceptMore) {
        acceptMore.accept(this.t, this.e);
    }

    void returnVoid(FunctionInterface.ReturnVoid returnVoid) {
        returnVoid.returnVoid();
    }

    R returnR(FunctionInterface.ReturnR<R> returnR) {
        return returnR.returnR();
    }
}

• 创建服务类实例：

Service<Integer, Integer, String> service = new Service<>(1, 2);

1、没有形参

service.acceptEmpty(new FunctionInterface.AcceptEmpty() {
    @Override
    public void accept() {
        System.out.println("没有形参");
    }
});
service.acceptEmpty(() -> {
    System.out.println("没有形参");
});
service.acceptEmpty(() -> System.out.println("没有形参"));

2、一个形参

service.acceptOne(new FunctionInterface.AcceptOne<Integer>() {
    @Override
    public void accept(Integer t) {
        System.out.println(t);
    }
});
service.acceptOne((t) -> System.out.println(t));
service.acceptOne(t -> System.out.println(t));

3、多个形参

service.acceptMore(new FunctionInterface.AcceptMore<Integer, Integer>() {
    @Override
    public void accept(Integer t, Integer e) {
        System.out.println(t);
        System.out.println(e);
    }
});
service.acceptMore((t, e) -> {
    System.out.println(t);
    System.out.println(e);
});

4、没有返回值

service.returnVoid(new FunctionInterface.ReturnVoid() {
    @Override
    public void returnVoid() {
        System.out.println("没有返回值");
    }
});
service.returnVoid(() -> System.out.println("没有返回值"));

5、有返回值

service.returnR(new FunctionInterface.ReturnR<String>() {
    @Override
    public String returnR() {
        return "3";
    }
});
service.returnR(() -> "3");

3 执行逻辑

• lambda表达式本质上是传递了一个动态生成的匿名对象，是一种假的函数式编程。

lambda表达式形式上看起来很像是函数式编程：将一个函数当作形参传给方法。

实际上，lambda表达式只是Java的一个语法糖，它本质上仍然是一个普通的Java对象。

在执行的过程中，lambda表达式最终还是会被解析成匿名的接口实现类对象。

由于多态特性，在执行过程中，调用是外部传进来的实现类实例的代码。

在这个过程中，我们甚至可以将该匿名对象保存起来，便于后续多次调用。

• 定义一个函数式接口：

public interface Lambda<T, R> {
    R method(T t);
}

• 定义调用类：

public class FakeFunctionalProgramming<T, R> {
    private T t;
    private Lambda<T, R> lambda;

    public void setT(T t) {
        this.t = t;
    }

    public void setLambda(Lambda<T, R> lambda) {
        this.lambda = lambda;
    }

    public void doSomeThing() {
        T t = before();
        R r = lambda.method(t);
        after(r);
    }

    public T before() {
        return t;
    }
    public void after(R r) {
        System.out.println(r);
    }
}

• 执行以下代码：

FakeFunctionalProgramming<String, String> ffp = new FakeFunctionalProgramming<>();
ffp.setT("Xianhuii");
ffp.setLambda((t) -> "Hello " + t + "!");
ffp.doSomeThing();  // Hello Xianhuii!

从上述结果可以看出，lambda表达式的编程方式本质上是利用了多态的特性，同时又使用了模板方法模式：

• 调用处接收一个接口实例Lambda<T, R>作为形参。
• 执行before()方法，处理相对固定的前处理逻辑。
• 将执行过程中相关值作为形参传给Lambda<T, R>实例，进行特定处理。
• 接收Lambda<T, R>特定处理后的返回值。
• 执行after()方法，处理相对固定的后处理逻辑。

此时，我们应该能够透彻理解lambda表达式中形参的来源，返回值的去向了。

借助Java多态特性，以及JVM动态生成匿名实现类实例的功能，lambda表达式才表现得那么像是函数式编程。