Java Lambda表達式初探

前言

Java 8已經發行兩年多，但很多人仍然在使用JDK7。對企業來說，技術上謹慎未必是壞事，但對個人學習而言，不去學習新技術就很可能被技術拋棄。Java 8一個重要的變更是引入Lambda表達式(lambda expression)，這聽起來似乎很牛，有種我雖然不知道Lambda表達式是什麼，但我仍然覺得很厲害的感覺。不要怕，具體到語言層面上Lambda表達式不過是一種新的語法而已，有了它，Java將開啟函數式編程的大門。

為什麼需要Lambda表達式

不要糾結什麼是Lambda表達式、什麼是函數式編程。先來看一下Java 8新的語法特性帶來的便利之處，相信你會過目不忘的。

在有Lambda表達式之前，要新建一個線程，需要這樣寫：

new Thread(new Runnable(){
    @Override
    publicvoidrun(){
        System.out.println("Thread run()");
    }
}).start();

有Lambda表達式之後，則可以這樣寫：

new Thread(
        () -> System.out.println("Thread run()")
).start();

正如你所見，之前無用的模板代碼不見了！如上所示，Lambda表達式一個常見的用法是取代（某些）匿名內部類，但Lambda表達式的作用不限於此。

Lambda表達式的原理

剛接觸Lambda表達式可能覺得它很神奇：不需要聲明類或者方法的名字，就可以直接定義函數。這看似是編譯器為匿名內部類簡寫提供的一個小把戲，但事實上並非如此，Lambda表達式實際上是通過invokedynamic指令來實現的。先別管這麼多，下面是Lambda表達式幾種可能的書寫形式，“看起來”並不是很難理解。

Runnable run = () -> System.out.println("Hello World");// 1
ActionListener listener = event -> System.out.println("button clicked");// 2
Runnable multiLine = () -> {// 3
    System.out.println("Hello ");
    System.out.println("World");
};
BinaryOperator<Long> add = (Long x, Long y) -> x + y;// 4
BinaryOperator<Long> addImplicit = (x, y) -> x + y;// 5

通過上例可以發現：

• Lambda表達式是有類型的，賦值操作的左邊就是類型。Lambda表達式的類型實際上是對應接口的類型。
• Lambda表達式可以包含多行代碼，需要用大括號把代碼塊括起來，就像寫函數體那樣。
• 大多數時候，Lambda表達式的參數表可以省略類型，就像代碼2和5那樣。這得益於javac的類型推導機制，編譯器可以根據上下文推導出類型信息。

表面上看起來每個Lambda表達式都是原來匿名內部類的簡寫形式，該內部類實現了某個函數接口(Functional Interface)，但事實比這稍微復雜一些，這裡不再展開。所謂函數接口是指內部只有一個接口函數的接口。Java是強類型語言，無論有沒有顯式指明，每個變量和對象都必須有明確的類型，沒有顯式指定的時候編譯器會嘗試確定類型。Lambda表達式的類型就是對應函數接口的類型。

Lambda表達式和Stream

Lambda表達式的另一個重要用法，是和Stream一起使用。Stream is a sequence of elements supporting sequential and parallel aggregate operations。Stream就是一組元素的序列，支持對這些元素進行各種操作，而這些操作是通過Lambda表達式指定的。可以把Stream看作Java Collection的一種視圖，就像迭代器是容器的一種視圖那樣（但Stream不會修改容器中的內容）。下面例子展示了Stream的常見用法。

例子1

假設需要從一個字符串列表中選出以數字開頭的字符串並輸出，Java 7之前需要這樣寫：

List<String> list = Arrays.asList("1one", "two", "three", "4four");
for(String str : list){
    if(Character.isDigit(str.charAt(0))){
        System.out.println(str);
    }
}

而Java 8就可以這樣寫：

List<String> list = Arrays.asList("1one", "two", "three", "4four");
list.stream()// 1.得到容器的Steam
    .filter(str -> Character.isDigit(str.charAt(0)))// 2.選出以數字開頭的字符串
    .forEach(str -> System.out.println(str));// 3.輸出字符串

上述代碼首先1. 調用List.stream()方法得到容器的Stream，2. 然後調用filter()方法過濾出以數字開頭的字符串，3. 最後調用forEach()方法輸出結果。

使用Stream有兩個明顯的好處：

1. 減少了模板代碼，只用Lambda表達式指明所需操作，代碼語義更加明確、便於閱讀。
2. 將外部迭代改成了Stream的內部迭代，方便了JVM本身對迭代過程做優化（比如可以並行迭代）。

例子2

假設需要從一個字符串列表中，選出所有不以數字開頭的字符串，將其轉換成大寫形式，並把結果放到新的集合當中。Java 8書寫的代碼如下：

List<String> list = Arrays.asList("1one", "two", "three", "4four");
Set<String> newList =
        list.stream()// 1.得到容器的Stream
        .filter(str -> !Character.isDigit(str.charAt(0)))// 2.選出不以數字開頭的字符串
        .map(String::toUpperCase)// 3.轉換成大寫形式
        .collect(Collectors.toSet());// 4.生成結果集

上述代碼首先1. 調用List.stream()方法得到容器的Stream，2. 然後調用filter()方法選出不以數字開頭的字符串，3. 之後調用map()方法將字符串轉換成大寫形式，4. 最後調用collect()方法將結果轉換成Set。這個例子還向我們展示了方法引用（method references，代碼中標號3處）以及收集器（Collector，代碼中標號4處）的用法，這裡不再展開說明。

通過這個例子我們看到了Stream鏈式操作，即多個操作可以連成一串。不用擔心這會導致對容器的多次迭代，因為不是每個Stream的操作都會立即執行。Stream的操作分成兩類，一類是中間操作(intermediate operations)，另一類是結束操作(terminal operation)，只有結束操作才會導致真正的代碼執行，中間操作只會做一些標記，表示需要對Stream進行某種操作。這意味著可以在Stream上通過關聯多種操作，但最終只需要一次迭代。如果你熟悉Spark RDD，對此應該並不陌生。

結語

Java 8引入Lambda表達式，從此打開了函數式編程的大門。如果你之前不了解函數式編程，不必糾結於這個概念。編程過程中簡潔明了的書寫形式以及強大的Stream API會讓你很快熟悉Lambda表達式的。

本文只對Java Lambda表達式的基本介紹，希望能夠激發讀者對Java函數式編程的興趣。如果本文能夠讓你覺得Lambda表達式很好玩，函數式編程很有趣，並產生了進一步學習的欲望，那就再好不過了。文末參考文獻中列出了一些有用的資源。