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Java数据结构之Lambda表达式

2023-05-16

目录

    • 1 背景
    • 1.1 Lambda表达式的语法
    • 1.2 函数式接口
  • 2 Lambda表达式的基本使用
  • 3 变量捕获
    • 3.1 匿名内部类的变量捕获
    • 3.2 Lambda的变量捕获
  • 4 Lambda在集合当中的使用
    • 4.1 Collection接口
    • 4.2 List接口
    • 4.1 Map接口
  • 5 Lambda表达式优缺点

1 背景

Lambda表达式是Java SE 8中一个重要的新特性。lambda表达式允许你通过表达式来代替功能接口。 lambda表达式就和方法一样,它提供了一个正常的参数列表和一个使用这些参数的主体(body,可以是一个表达式或一个代码块)。 Lambda 表达式（Lambda expression）可以看作是一个匿名函数，基于数学中的λ演算得名，也可称为闭包（Closure）。

1.1 Lambda表达式的语法

基本语法: (parameters) -> expression 或 (parameters) ->{ statements; }
Lambda表达式由三部分组成：

  1. paramaters：类似方法中的形参列表，这里的参数是函数式接口里的参数。这里的参数类型可以明确的声明也可不声明而由JVM隐式的推断。另外当只有一个推断类型时可以省略掉圆括号。
  2. ->：可理解为“被用于”的意思
  3. 方法体：可以是表达式也可以是代码块，是函数式接口里方法的实现。代码块可返回一个值或者什么都不返回，这里的代码块块等同于方法的方法体。如果是表达式，也可以返回一个值或者什么都不返回。
// 1. 不需要参数,返回值为 2
() -> 2
// 2. 接收一个参数(数字类型),返回其2倍的值
x -> 2 * x
// 3. 接受2个参数(数字),并返回他们的和
(x, y) -> x + y
// 4. 接收2个int型整数,返回他们的乘积
(int x, int y) -> x * y
// 5. 接受一个 string 对象,并在控制台打印,不返回任何值(看起来像是返回void)
(String s) -> System.out.print(s)

1.2 函数式接口

函数式接口定义：一个接口有且只有一个抽象方法

注意：

  1. 如果一个接口只有一个抽象方法，那么该接口就是一个函数式接口
  2. 如果我们在某个接口上声明了 @FunctionalInterface 注解，那么编译器就会按照函数式接口的定义来要求该接口，这样如果有两个抽象方法，程序编译就会报错的。所以，从某种意义上来说，只要你保证你的接口中只有一个抽象方法，你可以不加这个注解。加上就会自动进行检测。

定义方式：

@FunctionalInterface
interface NoParameterNoReturn {
	//注意：只能有一个方法
	void test();
} 

@FunctionalInterface
interface NoParameterNoReturn {
	void test();
	default void test2() {
	System.out.println("JDK1.8新特性，default默认方法可以有具体的实现");
	}
}

2 Lambda表达式的基本使用

首先，我们实现准备好几个接口：

//无返回值无参数
@FunctionalInterface
interface NoParameterNoReturn {
	void test();
} 

//无返回值一个参数
@FunctionalInterface
interface OneParameterNoReturn {
	void test(int a);
} 

//无返回值多个参数
@FunctionalInterface
interface MoreParameterNoReturn {
	void test(int a,int b);
} 

//有返回值无参数
@FunctionalInterface
interface NoParameterReturn {
	int test();
}

//有返回值一个参数
@FunctionalInterface
interface OneParameterReturn {
	int test(int a);
} 

//有返回值多参数
@FunctionalInterface
interface MoreParameterReturn {
	int test(int a,int b);
}

Lambda表达式本质是一个匿名函数，函数的方法是：返回值 方法名 参数列表 方法体。在，Lambda表达式中我们只需要关心：参数列表 方法体。

没有使用lambda表达式的时候的调用方式 ：

NoParameterNoReturn noParameterNoReturn = new NoParameterNoReturn(){
	@Override
	public void test() {
		System.out.println("hello");
	}
};

noParameterNoReturn.test();

具体使用：

public class TestDemo {
	public static void main(String[] args) {
		NoParameterNoReturn noParameterNoReturn = ()->{
			System.out.println("无参数无返回值");
		};
		noParameterNoReturn.test();
		OneParameterNoReturn oneParameterNoReturn = (int a)->{
			System.out.println("一个参数无返回值："+ a);
		};
		oneParameterNoReturn.test(10);
		MoreParameterNoReturn moreParameterNoReturn = (int a,int b)->{
			System.out.println("多个参数无返回值："+a+" "+b);
		};
		moreParameterNoReturn.test(20,30);
		NoParameterReturn noParameterReturn = ()->{
			System.out.println("有返回值无参数！");
			return 40;
		};
		//接收函数的返回值
		int ret = noParameterReturn.test();
		System.out.println(ret);
		OneParameterReturn oneParameterReturn = (int a)->{
			System.out.println("有返回值有一个参数！");
			return a;
		};
		ret = oneParameterReturn.test(50);
		System.out.println(ret);
		MoreParameterReturn moreParameterReturn = (int a,int b)->{
			System.out.println("有返回值多个参数！");
			return a+b;
		};
		ret = moreParameterReturn.test(60,70);
		System.out.println(ret);
	}
}

语法精简：

  1. 参数类型可以省略，如果需要省略，每个参数的类型都要省略。
  2. 参数的小括号里面只有一个参数，那么小括号可以省略
  3. 如果方法体当中只有一句代码，那么大括号可以省略
  4. 如果方法体中只有一条语句，其是return语句，那么大括号可以省略，且去掉return关键字。

示例：

public static void main(String[] args) {
	MoreParameterNoReturn moreParameterNoReturn = ( a, b)->{
		System.out.println("无返回值多个参数，省略参数类型："+a+" "+b);
	};
	moreParameterNoReturn.test(20,30);
	OneParameterNoReturn oneParameterNoReturn = a ->{
		System.out.println("无参数一个返回值,小括号可以胜率："+ a);
	};
	oneParameterNoReturn.test(10);
	NoParameterNoReturn noParameterNoReturn = ()->System.out.println("无参数无返回值，方法体中只有一行代码");
	noParameterNoReturn.test();
	//方法体中只有一条语句，且是return语句
	NoParameterReturn noParameterReturn = ()-> 40;
	int ret = noParameterReturn.test();
	System.out.println(ret);
}

3 变量捕获

3.1 匿名内部类的变量捕获

class Test {
	public void func(){
		System.out.println("func()");
	}
}
public class TestDemo {
	public static void main(String[] args) {
	int a = 100;
	new Test(){
		@Override
		public void func() {
			System.out.println("我是内部类，且重写了func这个方法！");
			System.out.println("我是捕获到变量 a == "+a
			+" 我是一个常量，或者是一个没有改变过值的变量！");
			}
		};
	}
}

在上述代码当中的变量a就是，捕获的变量。这个变量要么是被final修饰，如果不是被final修饰的 你要保证在使用之前，没有修改。

public class TestDemo {
	public static void main(String[] args) {
		int a = 100;
		new Test(){
		@Override
		public void func() {
			a = 99;
			System.out.println("我是内部类，且重写了func这个方法！");
			System.out.println("我是捕获到变量 a == "+a
			+" 我是一个常量，或者是一个没有改变过值的变量！");
			}
		};
	}
}

该代码直接编译报错

3.2 Lambda的变量捕获

@FunctionalInterface
interface NoParameterNoReturn {
	void test();
}
public static void main(String[] args) {
	int a = 10;
	NoParameterNoReturn noParameterNoReturn = ()->{
		// a = 99; error
		System.out.println("捕获变量："+a);
	};
	noParameterNoReturn.test();
}

4 Lambda在集合当中的使用

为了能够让Lambda和Java的集合类集更好的一起使用，集合当中，也新增了部分接口，以便与Lambda表达式对接。

对应的接口新增的方法
CollectionremoveIf() spliterator() stream() parallelStream() forEach()
ListreplaceAll() sort()
MapgetOrDefault() forEach() replaceAll() putIfAbsent() remove() replace() computeIfAbsent() computeIfPresent() compute() merge()

4.1 Collection接口

forEach() 方法演示

该方法在接口 Iterable 当中，原型如下：

default void forEach(Consumer<? super T> action) {
	Objects.requireNonNull(action);
	for (T t : this) {
		action.accept(t);
	}
}

该方法表示：对容器中的每个元素执行action指定的动作

public static void main(String[] args) {
	ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
	list.add("Hello");
	list.add("world");
	list.add("hello");
	list.add("lambda");
	list.forEach(new Consumer<String>(){
	@Override
	public void accept(String str){
		//简单遍历集合中的元素。
		System.out.print(str+" ");
	}
	});
}

输出结果：Hello world hello lambda
修改为lambda表达式：

public static void main(String[] args) {
	ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
	list.add("Hello");
	list.add("world");
	list.add("hello");
	list.add("lambda");
	//表示调用一个，不带有参数的方法，其执行花括号内的语句，为原来的函数体内容。
	list.forEach(s -> {
		System.out.println(s);
	});
}

4.2 List接口

sort()方法的演示

sort方法源码：

public void sort(Comparator<? super E> c) {
final int expectedModCount = modCount;
Arrays.sort((E[]) elementData, 0, size, c);
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
modCount++;
}

该方法表示：根据c指定的比较规则对容器元素进行排序

public static void main(String[] args) {
	ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
	list.add("Hello");
	list.add("world");
	list.add("hello");
	list.add("lambda");
	list.sort(new Comparator<String>() {
		@Override
		public int compare(String str1, String str2){
		//注意这里比较长度
		return str1.length()-str2.length();
		}
	});
	System.out.println(list);
}

修改为lambda表达式：

public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Hello");
list.add("world");
list.add("hello");
list.add("lambda");
//调用带有2个参数的方法，且返回长度的差值
list.sort((str1,str2)-> str1.length()-str2.length());
System.out.println(list);
}

4.1 Map接口

HashMap 的 forEach()

该方法原型如下：

default void forEach(BiConsumer<? super K, ? super V> action) {
	Objects.requireNonNull(action);
	for (Map.Entry<K, V> entry : entrySet()) {
		K k;
		V v;
		try {
			k = entry.getKey();
			v = entry.getValue();
		} catch(IllegalStateException ise) {
			// this usually means the entry is no longer in the map.
			throw new ConcurrentModificationException(ise);
		} 
		action.accept(k, v);
	}
}

该方法表示：对Map中的每个映射执行action指定的操作

public static void main(String[] args) {
	HashMap<Integer, String> map = new HashMap<>();
	map.put(1, "hello");
	map.put(2, "world");
	map.put(3, "hello");
	map.put(4, "lambda");
	map.forEach(new BiConsumer<Integer, String>(){
		@Override
		public void accept(Integer k, String v){
			System.out.println(k + "=" + v);
		}
	});
}

输出结果：
1=hello 2=world 3=hello 4=lambda

修改为lambda表达式：

public static void main(String[] args) {
	HashMap<Integer, String> map = new HashMap<>();
	map.put(1, "hello");
	map.put(2, "world");
	map.put(3, "hello");
	map.put(4, "lambda");
	map.forEach((k,v)-> System.out.println(k + "=" + v));
}

5 Lambda表达式优缺点

优点：

  1. 代码简洁，开发迅速
  2. 方便函数式编程
  3. 非常容易进行并行计算
  4. Java 引入 Lambda，改善了集合操作

缺点：

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