Java8 什麼是λ表示式

1。什麼是λ表示式

λ表示式本質上是一個匿名方法。讓我們來看下面這個例子：

轉成λ表示式後是這個樣子：

引數型別也可以省略，Java編譯器會根據上下文推斷出來：

或者

可見λ表示式有三部分組成：引數列表，箭頭（->），以及一個表示式或語句塊。

下面這個例子裡的λ表示式沒有引數，也沒有返回值（相當於一個方法接受0個引數，返回void，其實就是Runnable裡run方法的一個實現）：

如果只有一個引數且可以被Java推斷出型別，那麼引數列表的括號也可以省略：

2。 λ表示式的型別（它是Object嗎？）

λ表示式可以被當做是一個Object（注意措辭）。λ表示式的型別，叫做“目標型別（target type）”。λ表示式的目標型別是“函式介面（functional interface）”，這是Java8新引入的概念。它的定義是：一個介面，如果只有一個顯式宣告的抽象方法，那麼它就是一個函式介面。一般用@FunctionalInterface標註出來（也可以不標）。舉例如下：

注意最後這個Comparator介面。它裡面聲明瞭兩個方法，貌似不符合函式介面的定義，但它的確是函式介面。這是因為equals方法是Object的，所有的介面都會宣告Object的public方法——雖然大多是隱式的。所以，Comparator顯式的聲明瞭equals不影響它依然是個函式介面。

你可以用一個λ表示式為一個函式介面賦值：

然後再賦值給一個Object：

但卻不能這樣幹：

必須顯式的轉型成一個函式接口才可以：

一個λ表示式只有在轉型成一個函式介面後才能被當做Object使用。所以下面這句也不能編譯：

必須先轉型：

假設你自己寫了一個函式介面，長得跟Runnable一模一樣：

那麼

都是正確的寫法。這說明一個λ表示式可以有多個目標型別（函式介面），只要函式匹配成功即可。

但需注意一個λ表示式必須至少有一個目標型別。

JDK預定義了很多函式介面以避免使用者重複定義。最典型的是Function：

這個介面代表一個函式，接受一個T型別的引數，並返回一個R型別的返回值。

另一個預定義函式介面叫做Consumer，跟Function的唯一不同是它沒有返回值。

還有一個Predicate，用來判斷某項條件是否滿足。經常用來進行篩濾操作：

綜上所述，一個λ表示式其實就是定義了一個匿名方法，只不過這個方法必須符合至少一個函式介面。

3。 λ表示式的使用

3。1 λ表示式用在何處

λ表示式主要用於替換以前廣泛使用的內部匿名類，各種回撥，比如事件響應器、傳入Thread類的Runnable等。看下面的例子：

注意第二個執行緒裡的λ表示式，你並不需要顯式地把它轉成一個Runnable，因為Java能根據上下文自動推斷出來：一個Thread的建構函式接受一個Runnable引數，而傳入的λ表示式正好符合其run（）函式，所以Java編譯器推斷它為Runnable。

從形式上看，λ表示式只是為你節省了幾行程式碼。但將λ表示式引入Java的動機並不僅僅為此。Java8有一個短期目標和一個長期目標。短期目標是：配合“集合類批處理操作”的內部迭代和並行處理（下面將要講到）；長期目標是將Java向函數語言程式設計語言這個方向引導（並不是要完全變成一門函數語言程式設計語言，只是讓它有更多的函數語言程式設計語言的特性），也正是由於這個原因，Oracle並沒有簡單地使用內部類去實現λ表示式，而是使用了一種更動態、更靈活、易於將來擴充套件和改變的策略（invokedynamic）。

3。2 λ表示式與集合類批處理操作（或者叫塊操作）

上文提到了集合類的批處理操作。這是Java8的另一個重要特性，它與λ表示式的配合使用乃是Java8的最主要特性。集合類的批處理操作API的目的是實現集合類的“內部迭代”，並期望充分利用現代多核CPU進行平行計算。

Java8之前集合類的迭代（Iteration）都是外部的，即客戶程式碼。而內部迭代意味著改由Java類庫來進行迭代，而不是客戶程式碼。例如：

可以寫成：

集合類（包括List）現在都有一個forEach方法，對元素進行迭代（遍歷），所以我們不需要再寫for迴圈了。forEach方法接受一個函式介面Consumer做引數，所以可以使用λ表示式。

這種內部迭代方法廣泛存在於各種語言，如C++的STL演算法庫、Python、ruby、scala等。

Java8為集合類引入了另一個重要概念：流（stream）。一個流通常以一個集合類例項為其資料來源，然後在其上定義各種操作。流的API設計使用了管道（pipelines）模式。對流的一次操作會返回另一個流。如同IO的API或者StringBuffer的append方法那樣，從而多個不同的操作可以在一個語句裡串起來。看下面的例子：

首先呼叫stream方法，以集合類物件shapes裡面的元素為資料來源，生成一個流。然後在這個流上呼叫filter方法，挑出藍色的，返回另一個流。最後呼叫forEach方法將這些藍色的物體噴成紅色。（forEach方法不再返回流，而是一個終端方法，類似於StringBuffer在呼叫若干append之後的那個toString）

filter方法的引數是Predicate型別，forEach方法的引數是Consumer型別，它們都是函式介面，所以可以使用λ表示式。

還有一個方法叫parallelStream（），顧名思義它和stream（）一樣，只不過指明要並行處理，以期充分利用現代CPU的多核特性。

來看更多的例子。下面是典型的大資料處理方法，Filter-Map-Reduce：

第一步：傳入一系列String（假設都是合法的數字），轉成一個List，然後呼叫stream（）方法生成流。

第二步：呼叫流的map方法把每個元素由String轉成Integer，得到一個新的流。map方法接受一個Function型別的引數，上面介紹了，Function是個函式介面，所以這裡用λ表示式。

第三步：呼叫流的filter方法，過濾那些不是素數的數字，並得到一個新流。filter方法接受一個Predicate型別的引數，上面介紹了，Predicate是個函式介面，所以這裡用λ表示式。

第四步：呼叫流的distinct方法，去掉重複，並得到一個新流。這本質上是另一個filter操作。

第五步：用collect方法將最終結果收集到一個List裡面去。collect方法接受一個Collector型別的引數，這個引數指明如何收集最終結果。在這個例子中，結果簡單地收集到一個List中。我們也可以用Collectors。toMap（e->e， e->e）把結果收集到一個Map中，它的意思是：把結果收到一個Map，用這些素數自身既作為鍵又作為值。toMap方法接受兩個Function型別的引數，分別用以生成鍵和值，Function是個函式介面，所以這裡都用λ表示式。

你可能會覺得在這個例子裡，List l被迭代了好多次，map，filter，distinct都分別是一次迴圈，效率會不好。實際並非如此。這些返回另一個Stream的方法都是“懶（lazy）”的，而最後返回最終結果的collect方法則是“急（eager）”的。在遇到eager方法之前，lazy的方法不會執行。

當遇到eager方法時，前面的lazy方法才會被依次執行。而且是管道貫通式執行。這意味著每一個元素依次透過這些管道。例如有個元素“3”，首先它被map成整數型3；然後透過filter，發現是素數，被保留下來；又透過distinct，如果已經有一個3了，那麼就直接丟棄，如果還沒有則保留。這樣，3個操作其實只經過了一次迴圈。

除collect外其它的eager操作還有forEach，toArray，reduce等。

下面來看一下也許是最常用的收集器方法，groupingBy：

注意這一行：

它的意思是：把結果收集到一個Map中，用統計到的各個素數自身作為鍵，其出現次數作為值。

下面是一個reduce的例子：

reduce方法用來產生單一的一個最終結果。

流有很多預定義的reduce操作，如sum（），max（），min（）等。

再舉個現實世界裡的例子比如：

3。3 λ表示式的更多用法

在Java中，隨宣告隨呼叫的方式是不行的，比如下面這樣，聲明瞭一個λ表示式（x， y） -> x + y，同時企圖透過傳入實參（2， 3）來呼叫它：

這在C++中是可以的，但Java中不行。Java的λ表示式只能用作賦值、傳參、返回值等。

4。其它相關概念

4。1 捕獲（Capture）

捕獲的概念在於解決在λ表示式中我們可以使用哪些外部變數（即除了它自己的引數和內部定義的本地變數）的問題。

答案是：與內部類非常相似，但有不同點。不同點在於內部類總是持有一個其外部類物件的引用。而λ表示式呢，除非在它內部用到了其外部類（包圍類）物件的方法或者成員，否則它就不持有這個物件的引用。

在Java8以前，如果要在內部類訪問外部物件的一個本地變數，那麼這個變數必須宣告為final才行。在Java8中，這種限制被去掉了，代之以一個新的概念，“effectively final”。它的意思是你可以宣告為final，也可以不宣告final但是按照final來用，也就是一次賦值永不改變。換句話說，保證它加上final字首後不會出編譯錯誤。

在Java8中，內部類和λ表示式都可以訪問effectively final的本地變數。λ表示式的例子如下：