一起学Java(15)-[JDK篇]教你了解Java8特性，学习Lambda表达式

在文章《2024年主流使用的JDK版本及其核心特性介绍》中，我们详细介绍了Java8、Java11、Java17等主流Java版本主要新增特性。针对其中的一些核心特性，展开研究一二。

Lambda 表达式 (JEP 126) 详细介绍

Lambda 表达式是 Java 8 引入的一个重要新特性，它允许将函数作为参数传递，并简化了代码的表达方式。Lambda 表达式通常用于表达行为，而不需要定义完整的类或匿名内部类。Lambda 表达式最常见的用法是在集合和流（Stream）API中进行数据操作（Stream API (JEP 107) 流 API）。

1. Lambda 表达式的设计定位

Lambda 表达式的设计目的是简化函数式编程风格的实现，特别是针对单方法接口（即只有一个抽象方法的接口，通常被称为函数式接口）。在引入Lambda表达式之前，匿名内部类是处理回调或简短行为的常用手段，但它的语法冗长且复杂。

设计目标：

• 简化代码表达：减少样板代码（boilerplate code）的编写，例如匿名内部类的定义。
• 提高代码可读性：使代码更清晰、更简洁。
• 支持函数式编程：允许将函数作为参数传递或返回，使得编程更加灵活。

核心概念：

• 函数式接口：任何只包含一个抽象方法的接口都可以用 Lambda 表达式来实现。例如 java.lang.Runnable、java.util.Comparator 等。
• 行为参数化：可以通过 Lambda 表达式传递行为（函数），避免传统通过类继承或接口实现来传递行为的方式。

2. Lambda 表达式的语法和原理

Lambda 表达式的语法形式如下：

(parameters) -> expression
或者
(parameters) -> { statements }

语法说明

• 参数列表：Lambda 表达式的输入参数，可以有多个参数，如果只有一个参数，圆括号可以省略。
• 箭头符号（->）：分隔参数和Lambda体。
• Lambda体：可以是一个表达式或者多个语句。如果是一个表达式，可以省略花括号和返回值。

3. Lambda 表达式的用法

(1) 函数式接口-无参数

Lambda 表达式只能用于实现函数式接口。函数式接口是只有一个抽象方法的接口，可以通过 @FunctionalInterface 注解显式声明一个接口为函数式接口。

示例：

package com.coderli.one.jdk8.lambda;

@FunctionalInterface
public interface LambdaFunctionalInterfaceDemo {
    void doSomething();
}

在这个例子中，MyFunctionalInterface 是一个函数式接口，它只有一个抽象方法 doSomething，因此可以使用 Lambda 表达式来实现它。如：

LambdaFunctionalInterfaceDemo lambdaDemo = () -> System.out.println("Do something.");
lambdaDemo.doSomething();

运行结果

Do something.

再例如：

Runnable r = () -> System.out.println("Running in a separate thread");
new Thread(r).start();

等同于：

Runnable r = new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Running in a separate thread");
    }
};

(2) 函数式接口-有参数

接口定义如下

package com.coderli.one.jdk8.lambda;

public interface LambdaInterfaceDemo {
    void doSomething(String name);
}

Lambda实现

LambdaInterfaceDemo lambdaInterfaceImpl = (name) -> System.out.println("LambdaInterface: " + name);
lambdaInterfaceImpl.doSomething("Lambda Demo");

运行结果：

LambdaInterface: Lambda Demo

(3) 在集合中的应用

Lambda 表达式和集合的组合通常通过 Stream API 来操作集合数据。这大大简化了对集合的过滤、映射和归约操作。

示例：

List<String> names = Arrays.asList("Alice", "Bob", "Charlie", "David");

// 使用 Lambda 表达式过滤
List<String> filteredNames = names.stream()
    .filter(name -> name.startsWith("A"))
    .collect(Collectors.toList());

System.out.println(filteredNames);

输出：

[Alice]

(4) 使用 forEach 简化遍历

在没有 Lambda 表达式的情况下，我们通常使用 for 循环来遍历集合：

for (String name : names) {
    System.out.println(name);
}

使用 Lambda 表达式，集合的遍历可以简化为：

names.forEach(name -> System.out.println(name));

(5) 方法引用

Lambda 表达式还支持方法引用，可以直接引用现有方法作为 Lambda 表达式的实现。

示例：

List<String> names = Arrays.asList("Alice", "Bob", "Charlie", "David");
names.forEach(System.out::println);

这段代码与 names.forEach(name -> System.out.println(name)); 等效。

4. Lambda 表达式的内部原理

Lambda 表达式的原理基于匿名类的优化，但它并不直接生成匿名类对象，而是通过 Java 的动态方法调用技术实现，具有更高效的运行时性能。具体来说，Lambda 表达式通过 invokedynamic 字节码指令，在运行时动态生成目标方法的实现。

• 目标类型：Lambda 表达式会推断其对应的函数式接口类型，称为目标类型。
• 捕获变量：Lambda 表达式可以使用外部作用域中的变量，但这些变量必须是最终的（final）或者有效最终的（effectively final），即这些变量一旦赋值后不会再被修改。

总结

• 设计定位：Lambda 表达式用于简化函数式接口的实现，减少样板代码，支持行为参数化。
• 原理：通过动态方法调用，Lambda 表达式避免了传统匿名类的性能开销，并通过目标类型推断实现了灵活性。
• 用法：常用于集合操作、事件处理等场景，通过简化的语法使代码更具可读性和可维护性。

以上只能算对Lambda表达式的一个简单介绍。Lambda表达式作为Java 8引入的重要特性，其应用范围非常广泛，涉及的内容也相当丰富。在实际开发中，我们还需要深入理解Lambda表达式的更多细节，如变量捕获、方法引用的不同形式、与Stream API的结合使用等。同时，合理使用Lambda表达式可以大大提高代码的简洁性和可读性，但过度使用也可能导致代码难以理解。因此，在实际应用中，我们需要权衡代码的简洁性和可读性，选择最适合的方式来使用Lambda表达式。

所有代码已上传至：https://github.com/lihongzheshuai/java-all-in-one