Java Lambda表达式

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2023-03-14

Lambda 表达式（Lambda expression）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）。现在很多语言都支持 Lambda 表达式，如 C++、 C#、 Java、 Python 和 JavaScript 等。

Lambda 表达式是推动 Java 8 发布的重要新特性，它允许把函数作为一个方法的参数（函数作为参数传递进方法中），下面通过例 1 来理解 Lambda 表达式的概念。

例 1

先定义一个计算数值的接口，代码如下。

// 可计算接口
public interface Calculable {
    // 计算两个int数值
    int calculateInt(int a, int b);
}

Calculable 接口只有一个方法 calculateInt，参数是两个 int 类型，返回值也是 int 类型。实现方法代码如下：

public class Test{

    /**
     * 通过操作符，进行计算
     *
     * @param opr 操作符
     * @return 实现Calculable接口对象
     */
    public static Calculable calculate(char opr) {
        Calculable result;
        if (opr == '+') {
            // 匿名内部类实现Calculable接口
            result = new Calculable() {
                // 实现加法运算
                @Override
                public int calculateInt(int a, int b) {

                    return a + b;
                }
            };
        } else {
            // 匿名内部类实现Calculable接口
            result = new Calculable() {
                // 实现减法运算
                @Override
                public int calculateInt(int a, int b) {
                    return a - b;
                }
            };
        }
        return result;
    }
}

方法 calculate 中 opr 参数是运算符，返回值是实现 Calculable 接口对象。代码第 13 行和第 23 行都采用匿名内部类实现 Calculable 接口。代码第 16 行实现加法运算。代码第 26 行实现减法运算。

public static void main(String[] args) {
    int n1 = 10;
    int n2 = 5;
    // 实现加法计算Calculable对象
    Calculable f1 = calculate('+');
    // 实现减法计算Calculable对象
    Calculable f2 = calculate('-');
    // 调用calculateInt方法进行加法计算
    System.out.println(n1 + "+" + n2 + "=" + f1.calculateInt(n1, n2));
    // System.out.printf("%d + %d = %d \n", n1, n2, f1.calculateInt(n1, n2));
    // 调用calculateInt方法进行减法计算
    System.out.println(n1 + "-" + n2 + "=" + f1.calculateInt(n1, n2));
    // System.out.printf("%d - %d = %d \n", n1, n2, f2.calculateInt(n1, n2));
}

代码第 5 行中 f1 是实现加法计算 Calculable 对象，代码第 7 行中 f2 是实现减法计算 Calculable 对象。代码第 9 行和第 12 行才进行方法调用。

上述代码中列出了两种输出方式，下面简单介绍一下 Java 中常见的输出函数：

printf 主要继承了C语言中 printf 的一些特性，可以进行格式化输出。
print 就是一般的标准输出，但是不换行。
println 和 print 基本没什么差别，就是最后会换行。

输出结果如下：

10+5=15
10-5=15

例 1 使用匿名内部类的方法 calculate 代码很臃肿，Java 8 采用 Lambda 表达式可以替代匿名内部类。修改之后的通用方法 calculate 代码如下：

/**
* 通过操作符，进行计算
* @param opr 操作符
* @return 实现Calculable接口对象
*/
public static Calculable calculate(char opr) {
    Calculable result;
    if (opr == '+') {
        // Lambda表达式实现Calculable接口
        result = (int a, int b) -> {
            return a + b;
        };
    } else {
        // Lambda表达式实现Calculable接口
        result = (int a, int b) -> {
            return a - b;
        };
    }
    return result;
}

代码第 10 行和第 15 行用 Lambda 表达式替代匿名内部类，可见代码变得简洁。通过以上示例我们发现，Lambda 表达式是一个匿名函数（方法）代码块，可以作为表达式、方法参数和方法返回值。

Lambda 表达式标准语法形式如下：

(参数列表) -> {
// Lambda表达式体
}

->被称为箭头操作符或 Lambda 操作符，箭头操作符将 Lambda 表达式拆分成两部分：

左侧：Lambda 表达式的参数列表。
右侧：Lambda 表达式中所需执行的功能，用{ }包起来，即 Lambda 体。

Java Lambda 表达式的优缺点

优点：

代码简洁，开发迅速
方便函数式编程
非常容易进行并行计算
Java 引入 Lambda，改善了集合操作（引入 Stream API）

缺点：

代码可读性变差
在非并行计算中，很多计算未必有传统的 for 性能要高
不容易进行调试

函数式接口

Lambda 表达式实现的接口不是普通的接口，而是函数式接口。如果一个接口中，有且只有一个抽象的方法（Object 类中的方法不包括在内），那这个接口就可以被看做是函数式接口。这种接口只能有一个方法。如果接口中声明多个抽象方法，那么 Lambda 表达式会发生编译错误：

The target type of this expression must be a functional interface

这说明该接口不是函数式接口，为了防止在函数式接口中声明多个抽象方法，Java 8 提供了一个声明函数式接口注解 @FunctionalInterface，示例代码如下。

// 可计算接口
@FunctionalInterface
public interface Calculable {
    // 计算两个int数值
    int calculateInt(int a, int b);
}

在接口之前使用 @FunctionalInterface 注解修饰，那么试图增加一个抽象方法时会发生编译错误。但可以添加默认方法和静态方法。

@FunctionalInterface 注解与 @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，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。需要注意的是，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。

提示：Lambda 表达式是一个匿名方法代码，Java 中的方法必须声明在类或接口中，那么 Lambda 表达式所实现的匿名方法是在函数式接口中声明的。