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【Java】:lambda 表达式

25 人参与  2024年12月06日 18:01  分类 : 《随便一记》  评论

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1. 背景 ?

? Lambda 表达式 是JDK8新增的特性,Lambda 表达式 可以取代大部分匿名内部类,写出更优雅的Java代码,尤其在集合的遍历和其他集合操作中,可以将函数作为一个方法的参数,也就是函数作为参数传递到方法中,极大地优化代码结构JDK也提供了大量的内置函数式接口供开发者使用,使得 Lambda 表达式 的运用更加方便、高效。

Lambda 表达式(Lambda expression)可以看作是一个匿名函数,基于数学中的λ演算得名,也可称为闭包(Closure)Lambda 表达式 的使用场景:用以简化接口实现

2. 基本使用 ?

? 1. 语法格式 

? Lambda表达式的基本语法:由 参数列表(parameters)、箭头符号(一>) 和方法体(expression  或者  statements)组成

paramaters:类似方法中的形参列表,这里的参数是函数式接口里的参数。这里的参数类型可以明确的声明也可不声明而由JVM隐含的推断。另外当只有一个推断类型时可以省略掉圆括号。
->:可理解为“被用于” 的意思
方法体:可以是表达式也可以代码块,是函数式接口里方法的实现。

代码块可返回一个值或者什么都不返回,这里的代码块等同于方法的方法体。

如果是表达式,也可以返回一个值或者什么都不返回。

其中,表达式会被执行,然后返回执行结果;语句块中的语句会被依次执行,就像方法中的语句一样。

Lambda表达式常用的语法格式如下所示:

语法格式描述
() -> System.out.println("Hello IsLand1314");无参数,无返回值
(x) -> System.out.println(x);有一个参数,无返回值
x -> System.out.println(x);若只有一个参数,小括号可以省略不写
Comparator<Integer>com = (x,y) -> { System.out.priniln("函数式接口"); return Integer,compare(x,y); };有两个以上的参数,有返回值,并且Lambda方法体中有多条语句
Comparator<Integer>com = (x,y) ->   Integer,compare(x,y););若Lambda方法体中只有一条语句,return和大括号都可以省略不写
(Integer x, Integer y) -> Integer.compare(x, y):Lambda表达式的参数列表的数据类型可以省略不写,因为 Java 虚拟机的编译器可以通过上下文推断出数据类型,即 "类型推断"

? 2. 函数式接口

? 虽然说,Lambda 表达式 可以在⼀定程度上简化接口的实现。但是,并不是所有的接口都可以使用lambda表达式来简洁实现的。

? Lambda 表达式 毕竟只是⼀个匿名方法。当实现的接口中的方法过多或者多少的时候,lambda表达式都是不适用的。

lambda表达式,只能实现函数式接口,函数式接口定义:一个接口有且只有一个抽象方法

如下:

//有且只有一个实现类必须要实现的抽象方法,所以是函数式接口interface Test{    public void test();}
⼀个接口中,要求实现类必须实现的抽象方法,有且只有⼀个!这样的接口,就是函数式接口

补充:

@FunctionalInterface
是⼀个注解,用在接口之前,判断这个接口是否是⼀个函数式接口。如果是函数式接口,没有任何问题。如果不是函数式接口,则会报错功能类似于 @Override
@FunctionalInterfaceinterface NoParameterNoReturn {//注意:只能有一个方法void test();}

但是这种方式也是可以的:

@FunctionalInterfaceinterface NoParameterNoReturn {void test();default void test2() {System.out.println("JDK1.8新特性,default默认方法可以有具体的实现");}}

注意:

如果一个接口只有一个抽象方法,那么该接口就是一个函数式接口如果我们在某个接口上声明了 @FunctionalInterface 注解,那么编译器就会按照函数式接口的定义来要求该接口,这样如果有两个抽象方法,程序编译就会报错的 所以,从某种意义上来说,只要你保证你的接口中只有一个抽象方法,你可以不加这个注解。加上就会自动进行检测的Lambda 表达式 只能简化函数式接口的匿名内部类的写法

? 3. 具体使用

? 我们在上面提到过,Lambda表达式本质是一个匿名函数,函数的方法是:返回值 方法名 参数列表 方法体

Lambda 表达式 中我们只需要关心:参数列表 方法体

首先,我们实现准备好几个接口:

//无返回值无参数@FunctionalInterfaceinterface NoParameterNoReturn {    void test();}//无返回值一个参数@FunctionalInterfaceinterface OneParameterNoReturn {    void test(int a);}//无返回值两个参数@FunctionalInterfaceinterface MoreParameterNoReturn {    void test(int a,int b);}//有返回值无参数@FunctionalInterfaceinterface NoParameterReturn {    int test();}//有返回值一个参数@FunctionalInterfaceinterface OneParameterReturn {    int test(int a);}//有返回值多个参数@FunctionalInterfaceinterface MoreParameterReturn {    int test(int a,int b);}

我们在上面提到过,Lambda可以理解为:Lambda就是匿名内部类的简化,实际上是创建了一个类,实现了接口,重写了接口的方法 。

没有使用 Lambda 表达式 的时候的调用方式 
NoParameterNoReturn noParameterNoReturn = new NoParameterNoReturn(){  @Override  public void test() {    System.out.println("hello"); }};noParameterNoReturn.test();
使用 Lambda 表达式 的时候的调用方式 
public class Test {    public static void main(String[] args) {         NoParameterNoReturn n = ()->{            System.out.println("无参数无返回值");        };        n.test();        OneParameterNoReturn o = (a)-> {            System.out.println("无返回值一个参数 "+a);        };        o.test(666);        MoreParameterNoReturn m = (int a,int b)->{            System.out.println("无返回值两个参数 "+a+" "+b);        };        m.test(666,999);        System.out.println("================");        NoParameterReturn n1 = ()->{            return 666;        };        int ret1 = n1.test();        System.out.println(ret1);        System.out.println("================");        OneParameterReturn o1 = (int a)->{            return a;        };        int ret2 = o1.test(999);        System.out.println(ret2);        System.out.println("================");        MoreParameterReturn m1 = (int a,int b)-> {            return a+b;        };        int ret3 = m1.test(10,90);        System.out.println(ret3);    }}// 打印结果:无参数无返回值无返回值一个参数 666无返回值两个参数 666 999================666================999================100

? Lambda 表达式 的语法还可以精简,显得非常有逼格,但是可读性就非常差,之前我们上面说过 Lambda 表达式 的语法格式表格。

参数类型可以省略,如果需要省略,每个参数的类型都要省略。参数的小括号里面只有一个参数,那么小括号可以省略如果方法体当中只有一句代码,那么大括号可以省略如果方法体中只有一条语句,其是return语句,那么大括号可以省略,且去掉return关键字
public class Test {    public static void main(String[] args) {        MoreParameterNoReturn moreParameterNoReturn = (a, b)->{            System.out.println("无返回值多个参数,省略参数类型:"+a+" "+b);        };        moreParameterNoReturn.test(20,30);        OneParameterNoReturn oneParameterNoReturn = a ->{            System.out.println("无参数一个返回值,小括号可以省略:"+ a);        };        oneParameterNoReturn.test(10);        NoParameterNoReturn noParameterNoReturn = ()->System.out.println("无参数无返回值,方法体中只有 一行代码");        noParameterNoReturn.test();        //方法体中只有一条语句,且是return语句        NoParameterReturn noParameterReturn = ()-> 40;        int ret = noParameterReturn.test();        System.out.println(ret);    }}// 结果如下:无返回值多个参数,省略参数类型:20 30无参数一个返回值,小括号可以省略:10无参数无返回值,方法体中只有 一行代码40

可能还不直观,一般来说,大家只要向下面这样使用就行

interface T{    public int test(String name,int age);}public class Test {    public static void main(String[] args) {        T t = (name, age) -> {            System.out.println(name + "  "+ age + " 岁了");            return age + 1;        };        int age = t.test("qian", 18);        System.out.println(age);    }}// 输出如下:qian  18 岁了19

4. 变量捕获

? Lambda 表达式中存在变量捕获 ,了解了变量捕获之后,我们才能更好的理解 Lambda 表达式 的作用域 。Java当中的匿名类中,会存在变量捕获。

? 1. 匿名内部类变量捕获 

匿名内部类就是没有名字的内部类 。在前面的博客——>【Java 学习】:内部类详解 中提到了匿名内部类中变量的捕获。

而我们这里只是为了说明变量捕获,所以,匿名内部类只要会使用就好匿名内部类中:一定是程序在运行的过程当中没有发生改变的量

那么下面我们来,下面就来看看匿名内部类的使用及其变量捕获

//有参 有返回值class T{   public void func(){       System.out.println("func()");   }}public class Test {    public static void main(String[] args) {        int a = 100;        new T(){            // a = 666; // 如果把 a 在匿名内部类修改,就会报错            @Override            public void func() {                System.out.println("a= " + a);            }}.func();    }}// 输出a= 100

注意: 上面在匿名内部类注释的 a = 666,代码中会报错

原因如下: 

匿名内部类中可以访问外部方法的局部变量(如 a),但这个变量必须是 final 或 隐式 final,这里的 a 由于没有被修改,因此是隐式 final,所以可以安全访问。

你注释掉的代码 a = 666; 会导致编译错误,因为局部变量 a 在 Lambda 或匿名内部类中不可修改,必须保持其初始值

?  2. Lambda的变量捕获

Lambda 表达式当中也可以进行变量的捕获

Lambda 表达式的变量捕获,同样也是不能捕获放生改变的,如果发生改变就会报错

具体我们看一下代码

public class Test {    @FunctionalInterface    interface NoParameterNoReturn {        void test();    }    public static void main(String[] args) {        int a = 10;        NoParameterNoReturn noParameterNoReturn = ()->{        // a = 99; error        System.out.println("捕获变量:"+a);        };        noParameterNoReturn.test();    }}

注意事项:

这里类似于局部内部类、匿名内部类,依然存在闭包的问题。如果在 Lambda 表达式中,使用到了局部变量,那么这个局部变量会被隐式的声明为 final。是⼀个常量,不能修改值。

5. 函数引用

? Lambda 表达式是为了简化接口的实现的。在Lambda 表达式中,不应该出现比较复杂的逻辑。

如果在 Lambda 表达式中出现了过于复杂的逻辑,会对程序的可读性造成非常大的影响。如果在 Lambda 表达式中需要处理的逻辑比较复杂,⼀般情况会单独的写⼀个方法。在 Lambda 表达式中直接引用这个方法即可。

函数引用:引用⼀个已经存在的方法,使其替代lambda表达式完成接口的实现

? 1. 静态方法引用

语法

类::静态方法

案例如下:

interface T{    int test(int a,int b);}class Cal{    public static int add(int a,int b ){        return a + b;    }}public class Test {    public static void main(String[] args) {        //实现多个参数,一个返回值的接口        //对一个静态方法的引用,语法:类::静态方法        T t = Cal::add;        System.out.println(t.test(4,5));    }}// 输出结果:9

注意事项

在引用的方法后面,不要添加小括号。引用的这个方法,参数(数量、类型)和返回值,必须要跟接口中定义的⼀致

? 2. 非静态方法引用

语法

对象::非静态方法

案例如下: 

interface T{    int test(int a,int b);}public class Test {    private static class Cal{        public int add(int a, int b) {            return a+b;         }    }    public static void main(String[] args) {        // //对非静态方法的引用,需要使用对象来完成        // 两种方法        // 方法一        Cal cal = new Cal();        T t = cal::add;        // 方法二:        //T t = new Cal()::add;        System.out.println(t.test(4,5));    }}

注意事项

在引用的方法后面,不要添加小括号。引用的这个方法, 参数(数量、类型) 和 返回值, 必须要跟接口中定义的⼀致

? 3. 构造方法引用

使用场景

如果某⼀个函数式接口中定义的方法,仅仅是为了得到⼀个类的对象。此时我们就可以使用构造方法的引用,简化这个方法的实现。

语法

类名::new

 案例如下:

public class Test {    private static class Student {        String name;        int age;        //无参构造        public Student() {            System.out.println("学生对象的无参构造");        }        //有参构造        public Student(String name, int age) {            System.out.println("学生对象的有参构造");            this.name = name;            this.age = age;        }    }    //定义一个函数式接口,用以获取无参的对象    @FunctionalInterface    private interface GetStudent {        //若此方法仅仅是为了获得一个Student对象,而且通过无参构造去获取一个Student对象作为返回值        Student s();    }    //定义一个函数式接口,用以获取有参的对象    @FunctionalInterface    private interface GetStudentWithParameter {        //若此方法仅仅是为了获得一个Student对象,而且通过有参构造去获取一个Student对象作为返回值        Student a(String name, int age);    }    // 测试    public static void main(String[] args) {        //lambda表达式实现接口        GetStudent lm = Student::new; //引用到学生类中的无参构造方法,获取到一个学生对象        Student s1 = lm.s();        System.out.println("学生的名字:" + s1.name + " 学生的年龄:" + s1.age); //学生的名字:null 学生的年龄:0        System.out.println("--------------------------------");        GetStudentWithParameter lm2 = Student::new;//引用到Student类中的有参构造,来获取一个学生对象        Student s2 = lm2.s("IsLand", 18);        System.out.println("学生的名字:" + s2.name + " 学生的年龄:" + s2.age);//学生的名字:IsLand 学生的年龄:18    }}

这里 Student::new 是对 Student 类中无参构造方法的引用,使用它来实现 GetStudent 接口的 test() 方法。因此,lm.test() 会调用 Student 类的无参构造器,返回一个 Student 对象。在这种情况下,Student 对象的 name 和 age 字段会保持默认值:null 和 0。

注意事项:可以通过接口中的方法的参数, 区分引用不同的构造方法。

6. Lambda 在集合中的使用

? 为了能够让Lambda和Java的集合类集更好的一起使用,集合当中,也新增了部分接口,以便与Lambda表达式对接。

多提一句:要用Lambda遍历集合就一定要看懂源码

注意:Collection的forEach()方法是从接口 java.lang.Iterable 拿过来的

? 1. Collection 接口

forEach() 方法演示

? forEach()方法遍历集合。如果要打印元素,它需要的实现 Consumer接口,同时要实现重写 accept() 方法,它会把数组里的每一个元素都交给 accept()方法。

该方法在接口 Iterable 当中,原型如下:

default void forEach(Consumer< ? super T> action) {Objects.requireNonNull(action);for (T t : this) {action.accept(t);}}
该方法表示:对容器中的每个元素执行action指定的动作 
public class Test {    public static void main(String[] args) {ArrayList<String> list = new ArrayList<>();list.add("Hello");list.add("IsLand");list.add("Hello");list.add("lambda");// 两种遍历遍历list.forEach(new Consumer<String>() {@Overridepublic void accept(String str) {//简单遍历集合中的元素。System.out.print(str + " ");}});System.out.println();System.out.println("----------------------------");//表示调用一个,不带有参数的方法,其执行花括号内的语句,为原来的函数体内容。list.forEach(s -> {System.out.print(s + " ");});}}// 输出:Hello IsLand Hello lambda ----------------------------Hello IsLand Hello lambda 

? 2. List 接口

sort()方法的演示

sort方法源码:该方法根据c指定的比较规则对容器元素进行排序

public void sort(Comparator< ? super E> c) {final int expectedModCount = modCount;Arrays.sort((E[]) elementData, 0, size, c);if (modCount != expectedModCount) {throw new ConcurrentModificationException();}modCount++;}

使用示例:

public class Test {    public static void main(String[] args) {ArrayList<String> list = new ArrayList<>();list.add("Hello");list.add("IsLand");list.add("Hello");list.add("lambda");// 两种排序方式list.sort(new Comparator<String>() {@Overridepublic int compare(String s1, String s2) {//注意这里比较长度return s1.length() - s2.length();}});System.out.println(list);System.out.println("----------------------------");// 修改为 Lambda 表达式//调用带有2个参数的方法,且返回长度的差值list.sort((s1, s2)->s1.length() - s2.length());System.out.println(list);}}// 输出如下:[Hello, Hello, IsLand, lambda]----------------------------[Hello, Hello, IsLand, lambda]

? 3. Arrays 接口 

public class Test {    public static void main(String[] args) {String[] a = {"program", "creek", "is", "a", "java", "site"};Arrays.sort(a, (m,n)->Integer.compare(m.length(), n.length())) ;System.out.println("Lambda 语句体只有一条语句,参数类型可推断: " + Arrays.toString(a));Arrays.sort(a, (String m, String n)->{if( m.length() > n.length()) return -1;else return 0;});System.out.println("Lambda 语句体有多条语句,参数类型可推断: " + Arrays.toString(a));}}// 输出结果如下:Lambda 语句体只有一条语句,参数类型可推断: [a, is, java, site, creek, program]Lambda 语句体有多条语句,参数类型可推断: [program, creek, java, site, is, a]

? 4. Map 接口 

HashMap 的 forEach()
该方法原型如下:

default void forEach(BiConsumer< ? super K, ? super V> action) {Objects.requireNonNull(action);for (Map.Entry<K, V> entry : entrySet()) {K k;V v;try {k = entry.getKey();v = entry.getValue();}catch (IllegalStateException ise) {// this usually means the entry is no longer in the map.throw new ConcurrentModificationException(ise);}action.accept(k, v);}}
作用是对Map中的每个映射执行action指定的操作

代码示例

public class Test {    public static void main(String[] args) {        HashMap<Integer, String> map = new HashMap<>();        map.put(1, "Hello");map.put(2, "IsLand");        map.put(3, "Hello");map.put(4, "lambda");        map.forEach(new BiConsumer<Integer, String>(){            @Override            public void accept(Integer k, String v){                System.out.println(k + "=" + v);            }        });        System.out.println("--------------------------------------");// 改为 Lambda 表达式map.forEach((k, v) -> System.out.println(k + "=" + v));    }}// 运行结果如下:1=Hello2=IsLand3=Hello4=lambda--------------------------------------1=Hello2=IsLand3=Hello4=lambda


7. 小结

Lambda表达式的优点很明显,在代码层次上来说,使代码变得非常的简洁。缺点也很明显,代码不易读

优点:

简化代码:使得代码更加简洁,尤其是在处理集合、并行处理和事件监听时。增强可读性:通过将代码行为和逻辑传递给方法,减少了冗长的匿名类实现。支持函数式编程:Lambda 使得 Java 更加符合函数式编程范式,增强了代码的表达能力。能够与 Stream API 结合:Lambda 表达式与 Java 8 引入的 Stream API 配合使用,可以更方便地进行集合的操作(如过滤、映射、聚合等)。

缺点:

调试困难:Lambda 表达式是匿名的,难以在调试时逐步跟踪。尤其是复杂的 Lambda 表达式可能使得代码的可调试性下降。过度使用 Lambda:如果 Lambda 表达式过于复杂或滥用,可能会导致代码的可读性下降,尤其是当 Lambda 的行为变得不直观时。性能问题:虽然 Lambda 表达式的引入让代码更加简洁,但在某些情况下,Lambda 的性能可能不如传统的匿名类或普通方法调用,因为每次调用 Lambda 都涉及到对象的创建(比如生成函数式接口的代理)。

Lambda表达式有什么使用前提: 必须是接口的匿名内部类,接口中只能有一个抽象方法

隐式 final:如果局部变量没有明确声明为 final,但在 Lambda 表达式中没有改变它的值,则编译器会隐式将其视为 final


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