带你解惑大厂必会使用的 Lambda表达式、函数式接口

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带你解惑大厂必会使用的 Lambda表达式、函数式接口

前言:

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带你解惑大厂必会使用的 Lambda表达式、函数式接口

[带你解惑大厂必会使用的 Stream流、方法引用]

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第一章 Lambda表达式

1.1 函数式编程思想概述

在数学中,函数就是有输入量、输出量的一套计算方案,也就是“拿什么东西做什么事情”。相对而言,面向对象过分强调“必须通过对象的形式来做事情”,而函数式思想则尽量忽略面向对象的复杂语法——强调做什么,而不是以什么形式做

做什么,而不是怎么做

我们真的希望创建一个匿名内部类对象吗?不。我们只是为了做这件事情而不得不创建一个对象。我们真正希望做的事情是:将run方法体内的代码传递给Thread类知晓。

传递一段代码——这才是我们真正的目的。而创建对象只是受限于面向对象语法而不得不采取的一种手段方式。那,有没有更加简单的办法?如果我们将关注点从“怎么做”回归到“做什么”的本质上,就会发现只要能够更好地达到目的,过程与形式其实并不重要。

1.2 Lambda的优化

当需要启动一个线程去完成任务时,通常会通过java.lang.Runnable接口来定义任务内容,并使用java.lang.Thread类来启动该线程。

传统写法,代码如下:

public class Demo03Thread {
	public static void main(String[] args) {
		new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				System.out.println("多线程任务执行!");
			}
		}).start();
	}
}
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本着“一切皆对象”的思想,这种做法是无可厚非的:首先创建一个Runnable接口的匿名内部类对象来指定任务内容,再将其交给一个线程来启动。

代码分析:

对于Runnable的匿名内部类用法,可以分析出几点内容:

  • Thread类需要Runnable接口作为参数,其中的抽象run方法是用来指定线程任务内容的核心;
  • 为了指定run的方法体,不得不需要Runnable接口的实现类;
  • 为了省去定义一个RunnableImpl实现类的麻烦,不得不使用匿名内部类;
  • 必须覆盖重写抽象run方法,所以方法名称、方法参数、方法返回值不得不再写一遍,且不能写错;
  • 而实际上,似乎只有方法体才是关键所在

Lambda表达式写法,代码如下:

借助Java 8的全新语法,上述Runnable接口的匿名内部类写法可以通过更简单的Lambda表达式达到等效:

public class Demo04LambdaRunnable {
	public static void main(String[] args) {
		new Thread(() -> System.out.println("多线程任务执行!")).start(); // 启动线程
	}
}
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这段代码和刚才的执行效果是完全一样的,可以在1.8或更高的编译级别下通过。从代码的语义中可以看出:我们启动了一个线程,而线程任务的内容以一种更加简洁的形式被指定。

不再有“不得不创建接口对象”的束缚,不再有“抽象方法覆盖重写”的负担,就是这么简单!

1.3 Lambda的格式

标准格式:

Lambda省去面向对象的条条框框,格式由3个部分组成:

  • 一些参数
  • 一个箭头
  • 一段代码

Lambda表达式的标准格式为:

(参数类型 参数名称) -> { 代码语句 }
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格式说明:

  • 小括号内的语法与传统方法参数列表一致:无参数则留空;多个参数则用逗号分隔。
  • ->是新引入的语法格式,代表指向动作。
  • 大括号内的语法与传统方法体要求基本一致。

匿名内部类与lambda对比:

new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				System.out.println("多线程任务执行!");
			}
}).start();
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仔细分析该代码中,Runnable接口只有一个run方法的定义:

  • public abstract void run();

即制定了一种做事情的方案(其实就是一个方法):

  • 无参数:不需要任何条件即可执行该方案。
  • 无返回值:该方案不产生任何结果。
  • 代码块(方法体):该方案的具体执行步骤。

同样的语义体现在Lambda语法中,要更加简单:

() -> System.out.println("多线程任务执行!")
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  • 前面的一对小括号即run方法的参数(无),代表不需要任何条件;
  • 中间的一个箭头代表将前面的参数传递给后面的代码;
  • 后面的输出语句即业务逻辑代码。

参数和返回值:

下面举例演示java.util.Comparator<T>接口的使用场景代码,其中的抽象方法定义为:

  • public abstract int compare(T o1, T o2);

当需要对一个对象数组进行排序时,Arrays.sort方法需要一个Comparator接口实例来指定排序的规则。假设有一个Person类,含有String nameint age两个成员变量:

public class Person { 
    private String name;
    private int age;
    
    // 省略构造器、toString方法与Getter Setter 
}
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传统写法

如果使用传统的代码对Person[]数组进行排序,写法如下:

public class Demo05Comparator {
    public static void main(String[] args) {
      	// 本来年龄乱序的对象数组
        Person[] array = { 
            new Person("古力娜扎", 19),        	
            new Person("迪丽热巴", 18),       		
            new Person("马尔扎哈", 20) 
        };

      	// 匿名内部类
        Comparator<Person> comp = new Comparator<Person>() {
            @Override
            public int compare(Person o1, Person o2) {
                return o1.getAge() - o2.getAge();
            }
        };
        Arrays.sort(array, comp); // 第二个参数为排序规则,即Comparator接口实例

        for (Person person : array) {
            System.out.println(person);
        }
    }
}
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这种做法在面向对象的思想中,似乎也是“理所当然”的。其中Comparator接口的实例(使用了匿名内部类)代表了“按照年龄从小到大”的排序规则。

代码分析

下面我们来搞清楚上述代码真正要做什么事情。

  • 为了排序,Arrays.sort方法需要排序规则,即Comparator接口的实例,抽象方法compare是关键;
  • 为了指定compare的方法体,不得不需要Comparator接口的实现类;
  • 为了省去定义一个ComparatorImpl实现类的麻烦,不得不使用匿名内部类;
  • 必须覆盖重写抽象compare方法,所以方法名称、方法参数、方法返回值不得不再写一遍,且不能写错;
  • 实际上,只有参数和方法体才是关键

Lambda写法

public class Demo06ComparatorLambda {
    public static void main(String[] args) {
        Person[] array = {
          	new Person("古力娜扎", 19),
          	new Person("迪丽热巴", 18),
          	new Person("马尔扎哈", 20) };

        Arrays.sort(array, (Person a, Person b) -> {
          	return a.getAge() - b.getAge();
        });

        for (Person person : array) {
            System.out.println(person);
        }
    }
}
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省略格式:

省略规则

在Lambda标准格式的基础上,使用省略写法的规则为:

  1. 小括号内参数的类型可以省略;
  2. 如果小括号内有且仅有一个参,则小括号可以省略;
  3. 如果大括号内有且仅有一个语句,则无论是否有返回值,都可以省略大括号、return关键字及语句分号。

备注:掌握这些省略规则后,请对应地回顾本章开头的多线程案例。

可推导即可省略

Lambda强调的是“做什么”而不是“怎么做”,所以凡是可以推导得知的信息,都可以省略。例如上例还可以使用Lambda的省略写法:

Runnable接口简化:
1. () -> System.out.println("多线程任务执行!")
Comparator接口简化:
2. Arrays.sort(array, (a, b) -> a.getAge() - b.getAge());
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1.4 Lambda的前提条件

Lambda的语法非常简洁,完全没有面向对象复杂的束缚。但是使用时有几个问题需要特别注意:

  1. 使用Lambda必须具有接口,且要求接口中有且仅有一个抽象方法。 无论是JDK内置的RunnableComparator接口还是自定义的接口,只有当接口中的抽象方法存在且唯一时,才可以使用Lambda。
  2. 使用Lambda必须具有接口作为方法参数。 也就是方法的参数或局部变量类型必须为Lambda对应的接口类型,才能使用Lambda作为该接口的实例。

备注:有且仅有一个抽象方法的接口,称为“函数式接口”。

第二章 函数式接口

2.1 概述

函数式接口在Java中是指:有且仅有一个抽象方法的接口

函数式接口,即适用于函数式编程场景的接口。而Java中的函数式编程体现就是Lambda,所以函数式接口就是可以适用于Lambda使用的接口。只有确保接口中有且仅有一个抽象方法,Java中的Lambda才能顺利地进行推导。

备注:从应用层面来讲,Java中的Lambda可以看做是匿名内部类的简化格式,但是二者在原理上不同。

格式

只要确保接口中有且仅有一个抽象方法即可:

修饰符 interface 接口名称 {
    public abstract 返回值类型 方法名称(可选参数信息);
    // 其他非抽象方法内容
}
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由于接口当中抽象方法的public abstract是可以省略的,所以定义一个函数式接口很简单:

public interface MyFunctionalInterface {	
	void myMethod();
}
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FunctionalInterface注解

@Override注解的作用类似,Java 8中专门为函数式接口引入了一个新的注解:@FunctionalInterface。该注解可用于一个接口的定义上:

@FunctionalInterface
public interface MyFunctionalInterface {
	void myMethod();
}
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一旦使用该注解来定义接口,编译器将会强制检查该接口是否确实有且仅有一个抽象方法,否则将会报错。不过,即使不使用该注解,只要满足函数式接口的定义,这仍然是一个函数式接口,使用起来都一样。

2.2 常用函数式接口

JDK提供了大量常用的函数式接口以丰富Lambda的典型使用场景,它们主要在java.util.function包中被提供。前文的MySupplier接口就是在模拟一个函数式接口:java.util.function.Supplier<T>。其实还有很多,下面是最简单的几个接口及使用示例。

Supplier接口

java.util.function.Supplier<T>接口,它意味着"供给" , 对应的Lambda表达式需要“对外提供”一个符合泛型类型的对象数据。

抽象方法 : get

仅包含一个无参的方法:T get()。用来获取一个泛型参数指定类型的对象数据。

public class Demo08Supplier {
    private static String getString(Supplier<String> function) {
      	return function.get();
    }

    public static void main(String[] args) {
        String msgA = "Hello";
        String msgB = "World";
        System.out.println(getString(() -> msgA + msgB));
    }
}
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求数组元素最大值

使用Supplier接口作为方法参数类型,通过Lambda表达式求出int数组中的最大值。提示:接口的泛型请使用java.lang.Integer类。

代码示例:

public class DemoIntArray {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = { 10, 20, 100, 30, 40, 50 };
        printMax(() -> {
            int max = array[0];
            for (int i = 1; i < array.length; i++) {
                if (array[i] > max) {              
                  	max = array[i];
                }
            }
            return max;
        });
    }

    private static void printMax(Supplier<Integer> supplier) {
        int max = supplier.get();
        System.out.println(max);
    }
}
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Consumer接口

java.util.function.Consumer<T>接口则正好相反,它不是生产一个数据,而是消费一个数据,其数据类型由泛型参数决定。

抽象方法:accept

Consumer接口中包含抽象方法void accept(T t),意为消费一个指定泛型的数据。基本使用如:

import java.util.function.Consumer;

public class Demo09Consumer {
    private static void consumeString(Consumer<String> function , String str) {
      	function.accept(str);
    }

    public static void main(String[] args) {
        consumeString(s -> System.out.println(s), "后端跟我学");
      
    }
}
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Function接口

java.util.function.Function<T,R>接口用来根据一个类型的数据得到另一个类型的数据,前者称为前置条件,后者称为后置条件。有进有出,所以称为“函数Function”。

抽象方法:apply

Function接口中最主要的抽象方法为:R apply(T t),根据类型T的参数获取类型R的结果。使用的场景例如:将String类型转换为Integer类型。

public class Demo11FunctionApply {
    private static void method(Function<String, Integer> function, Str str) {
        int num = function.apply(str);
        System.out.println(num + 20);
    }

    public static void main(String[] args) {
        method(s -> Integer.parseInt(s) , "10");
    }
}
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Predicate接口

有时候我们需要对某种类型的数据进行判断,从而得到一个boolean值结果。这时可以使用java.util.function.Predicate<T>接口。

抽象方法:test

Predicate接口中包含一个抽象方法:boolean test(T t)。用于条件判断的场景,条件判断的标准是传入的Lambda表达式逻辑,只要字符串长度大于5则认为很长。

public class Demo15PredicateTest {
    private static void method(Predicate<String> predicate,String str) {
        boolean veryLong = predicate.test(str);
        System.out.println("字符串很长吗:" + veryLong);
    }

    public static void main(String[] args) {
        method(s -> s.length() > 5, "HelloWorld");
    }
}
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