深入浅出Java 8 Lambda表达式

沉默王二2022年3月15日
大约 7 分钟

今天分享的主题是《Lambda 表达式入门》,这也是之前一些读者留言强烈要求我写一写的,不好意思,让你们久等了,现在来满足你们,为时不晚吧?

01、初识 Lambda

Lambda 表达式描述了一个代码块(或者叫匿名方法),可以将其作为参数传递给构造方法或者普通方法以便后续执行。考虑下面这段代码:

() -> System.out.println("沉默王二")

来从左到右解释一下,() 为 Lambda 表达式的参数列表(本例中没有参数),-> 标识这串代码为 Lambda 表达式(也就是说,看到 -> 就知道这是 Lambda),System.out.println("沉默王二") 为要执行的代码,即将“沉默王二”打印到标准输出流。

有点 Java 基础的同学应该不会对 Runnable 接口感到陌生,这是多线程的一个基础接口,它的定义如下:

@FunctionalInterface
public interface Runnable
{
   public abstract void run();
}

Runnable 接口非常简单,仅有一个抽象方法 run();细心的同学会发现一个陌生的注解 @FunctionalInterface,这个注解是什么意思呢?

我看了它的源码,里面有这样一段注释:

Note that instances of functional interfaces can be created with lambda expressions, method references, or constructor references.

大致的意思就是说,通过 @FunctionalInterface 标记的接口可以通过 Lambda 表达式创建实例。具体怎么表现呢?

原来我们创建一个线程并启动它是这样的:

public class LamadaTest {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("沉默王二");
            }
        }).start();
    }
}

通过 Lambda 表达式呢?只需要下面这样:

public class LamadaTest {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> System.out.println("沉默王二")).start();
    }
}

是不是很妙!比起匿名内部类,Lambda 表达式不仅易于理解,更大大简化了必须编写的代码数量。

02、Lambda 语法

每个 Lambda 表达式都遵循以下法则:

( parameter-list ) -> { expression-or-statements }

() 中的 parameter-list 是以逗号分隔的参数。你可以指定参数的类型,也可以不指定(编译器会根据上下文进行推断)。Java 11 后,还可以使用 var 关键字作为参数类型,有点 JavaScript 的味道。

-> 相当于 Lambda 的标识符,就好像见到圣旨就见到了皇上。

{} 中的 expression-or-statements 为 Lambda 的主体,可以是一行语句,也可以多行。

可以通过 Lambda 表达式干很多事情,比如说

1)为变量赋值,示例如下:

Runnable r = () -> { System.out.println("沉默王二"); };
r.run();

2)作为 return 结果,示例如下:

static FileFilter getFilter(String ext)
{
    return (pathname) -> pathname.toString().endsWith(ext);
}

3)作为数组元素,示例如下:

final PathMatcher matchers[] =
{
        (path) -> path.toString().endsWith("txt"),
        (path) -> path.toString().endsWith("java")
};

4)作为普通方法或者构造方法的参数,示例如下:

new Thread(() -> System.out.println("沉默王二")).start();

需要注意 Lambda 表达式的作用域范围。

public static void main(String[] args) {

    int limit = 10;
    Runnable r = () -> {
        int limit = 5;
        for (int i = 0; i < limit; i++)
            System.out.println(i);
    };
}

上面这段代码在编译的时候会提示错误:变量 limit 已经定义过了。

和匿名内部类一样,不要在 Lambda 表达式主体内对方法内的局部变量进行修改,否则编译也不会通过:Lambda 表达式中使用的变量必须是 final 的。

这个问题发生的原因是因为 Java 规范中是这样规定的:

Any local variable, formal parameter, or exception parameter used but not declared in a lambda expression must either be declared final or be effectively final (§4.12.4)open in new window, or a compile-time error occurs where the use is attempted.

大致的意思就是说,Lambda 表达式中要用到的,但又未在 Lambda 表达式中声明的变量,必须声明为 final 或者是 effectively final,否则就会出现编译错误。

关于 final 和 effectively final 的区别,可能有些小伙伴不太清楚,这里多说两句。

final int a;
a = 1;
// a = 2;
// 由于 a 是 final 的,所以不能被重新赋值

int b;
b = 1;
// b 此后再未更改
// b 就是 effectively final

int c;
c = 1;
// c 先被赋值为 1,随后又被重新赋值为 2
c = 2;
// c 就不是 effectively final

明白了 final 和 effectively final 的区别后,我们了解到,如果把 limit 定义为 final,那就无法在 Lambda 表达式中修改变量的值。那有什么好的解决办法呢?既能让编译器不发出警告,又能修改变量的值。

思前想后,试来试去,我终于找到了 3 个可行的解决方案:

1)把 limit 变量声明为 static。

2)把 limit 变量声明为 AtomicInteger。

3)使用数组。

下面我们来详细地一一介绍下。

01)把 limit 变量声明为 static

要想把 limit 变量声明为 static,就必须将 limit 变量放在 main() 方法外部,因为 main() 方法本身是 static 的。完整的代码示例如下所示。

public class ModifyVariable2StaticInsideLambda {
    static int limit = 10;
    public static void main(String[] args) {
        Runnable r = () -> {
            limit = 5;
            for (int i = 0; i < limit; i++) {
                System.out.println(i);
            }
        };
        new Thread(r).start();
    }
}

来看一下程序输出的结果:

0
1
2
3
4

OK,该方案是可行的。

02)把 limit 变量声明为 AtomicInteger

AtomicInteger 可以确保 int 值的修改是原子性的,可以使用 set() 方法设置一个新的 int 值,get() 方法获取当前的 int 值。

public class ModifyVariable2AtomicInsideLambda {
    public static void main(String[] args) {
        final AtomicInteger limit = new AtomicInteger(10);
        Runnable r = () -> {
            limit.set(5);
            for (int i = 0; i < limit.get(); i++) {
                System.out.println(i);
            }
        };
        new Thread(r).start();
    }
}

来看一下程序输出的结果:

0
1
2
3
4

OK,该方案也是可行的。

03)使用数组

使用数组的方式略带一些欺骗的性质,在声明数组的时候设置为 final,但更改 int 的值时却修改的是数组的一个元素。

public class ModifyVariable2ArrayInsideLambda {
    public static void main(String[] args) {
        final int [] limits = {10};
        Runnable r = () -> {
            limits[0] = 5;
            for (int i = 0; i < limits[0]; i++) {
                System.out.println(i);
            }
        };
        new Thread(r).start();
    }
}

来看一下程序输出的结果:

0
1
2
3
4

OK,该方案也是可行的。

03、Lambda 和 this 关键字

Lambda 表达式并不会引入新的作用域,这一点和匿名内部类是不同的。也就是说,Lambda 表达式主体内使用的 this 关键字和其所在的类实例相同。

来看下面这个示例。

public class LamadaTest {
    public static void main(String[] args) {
        new LamadaTest().work();
    }

    public void work() {
        System.out.printf("this = %s%n", this);

        Runnable r = new Runnable()
        {
            @Override
            public void run()
            {
                System.out.printf("this = %s%n", this);
            }
        };
        new Thread(r).start();
        new Thread(() -> System.out.printf("this = %s%n", this)).start();
    }
}

Tips:%s 代表当前位置输出字符串,%n 代表换行符,也可以使用 \n 代替,但 %n 是跨平台的。

work() 方法中的代码可以分为 3 个部分:

1)单独的 this 关键字

System.out.printf("this = %s%n", this);

其中 this 为 main() 方法中通过 new 关键字创建的 LamadaTest 对象——new LamadaTest()

2)匿名内部类中的 this 关键字

Runnable r = new Runnable()
{
    @Override
    public void run()
    {
        System.out.printf("this = %s%n", this);
    }
};

其中 this 为 work() 方法中通过 new 关键字创建的 Runnable 对象——new Runnable(){...}

3)Lambda 表达式中的 this 关键字

其中 this 关键字和 1)中的相同。

我们来看一下程序的输出结果:

this = com.cmower.java_demo.journal.LamadaTest@3feba861
this = com.cmower.java_demo.journal.LamadaTest$1@64f033cb
this = com.cmower.java_demo.journal.LamadaTest@3feba861

符合我们分析的预期。

04、最后

尽管 Lambda 表达式在简化 Java 编程方面做了很多令人惊讶的努力,但在某些情况下,不当的使用仍然会导致不必要的混乱,大家伙慎用。

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