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Java SE 8: Lambda表達式

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Java SE 8在6月13的版本中已經完全了全部的功能。在這些新的功能中，lambda表達式是推動該版本發布的最重要新特性。因為Java第一次嘗試引入函數式編程的相關內容。社區對於lambda表達式也期待已久。 Lambda表達式的相關內容在JSR 335中定義，本文的內容基於最新的規范和JDK 8 Build b94。開發環境使用的是Eclipse。

Lambda表達式

要理解lambda表達式，首先要了解的是函數式接口（functional interface）。簡單來說，函數式接口是只包含一個抽象方法的接口。比如Java標准庫中的 java.lang.Runnable和java.util.Comparator都是典型的函數式接口。對於函數式接口，除了可以使用Java中標准的方法來創建實現對象之外，還可以使用lambda表達式來創建實現對象。這可以在很大程度上簡化代碼的實現。在使用lambda表達式時，只需要提供形式參數和方法體。由於函數式接口只有一個抽象方法，所以通過 lambda表達式聲明的方法體就肯定是這個唯一的抽象方法的實現，而且形式參數的類型可以根據方法的類型聲明進行自動推斷。

以Runnable接口為例來進行說明，傳統的創建一個線程並運行的方式如下所示：

public void runThread() {
    new Thread(new Runnable() {
        public void run() {
            System.out.println("Run!");
        }
    }).start();
}

在上面的代碼中，首先需要創建一個匿名內部類實現Runnable接口，還需要實現接口中的run方法。如果使用lambda表達式來完成同樣的功能，得到的代碼非常簡潔，如下面所示：

public void 

runThreadUseLambda() {
    new Thread(() -> {
        System.out.println("Run!");
    }).start();
}

相對於傳統的方式，lambda表達式在兩個方面進行了簡化：首先是Runnable接口的聲明，這可以通過對上下文環境進行推斷來得出；其次是對run方法的實現，因為函數式接口中只包含一個需要實現的方法。

Lambda表達式的聲明方式比較簡單，由形式參數和方法體兩部分組成，中間通過“->”分隔。形式參數不需要包含類型聲明，可以進行自動推斷。當然在某些情況下，形式參數的類型聲明是不可少的。方法體則可以是簡單的表達式或代碼塊。

比如把一個整數列表按照降序排列可以用下面的代碼來簡潔實現：

Collections.sort(list, (x, y) -> y - x);

Lambda表達式“(x, y) -> y - x“ 實現了java.util.Comparator接口。

在Java SE 8之前的標准庫中包含的函數式接口並不多。Java SE 8增加了java.util.function包，裡面都是可以在開發中使用的函數式接口。開發人員也可以創建新的函數式接口。最好在接口上使用注解@FunctionalInterface進行聲明，以免團隊的其他人員錯誤地往接口中添加新的方法。

下面的代碼使用函數式接口java.util.function.Function實現的對列表進行map操作的方法。從代碼中可以看到，如果盡可能的使用函數式接口，則代碼使用起來會非常簡潔。

public class 

CollectionUtils {
    public static  List map(List input, Function processor) {
        ArrayList result = new ArrayList();
        for (T obj : input) {
            result.add(processor.apply(obj));
        }
        return result;
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        List input = Arrays.asList(new String[] {"apple", "orange", "pear"});
        List lengths = CollectionUtils.map(input, (String v) -> v.length());
        List uppercases = CollectionUtils.map(input, (String v) -> v.toUpperCase());
    }
}

方法和構造方法引用

方法引用可以在不調用某個方法的情況下引用一個方法。構造方法引用可以在不創建對象的情況下引用一個構造方法。方法引用是另外一種實現函數式接口的方法。在某些情況下，方法引用可以進一步簡化代碼。比如下面的代碼中，第一個forEach方法調用使用的是lambda表達式，第二個使用的是方法引用。兩者作用相同，不過使用方法引用的做法更加簡潔。

List input = Arrays.asList

(new String[] {"apple", "orange", "pear"});
input.forEach((v) -> System.out.println(v));
input.forEach(System.out::println);

構造方法可以通過名稱“new”來進行引用，如下面的代碼所示：

List dateValues = 

Arrays.asList(new Long[] {0L, 1000L});
List dates = CollectionUtils.map(dateValues, Date::new);

接口的默認方法

Java開發中所推薦的實踐是面向接口而不是實現來編程。接口作為不同組件之間的契約，使得接口的實現可以不斷地演化。不過接口本身的演化則比較困難。當接口發生變化時，該接口的所有實現類都需要做出相應的修改。如果在新版本中對接口進行了修改，會導致早期版本的代碼無法運行。Java對於接口更新的限制過於嚴格。在代碼演化的過程中，一般所遵循的原則是不刪除或修改已有的功能，而是添加新的功能作為替代。已有代碼可以繼續使用原有的功能，而新的代碼則可以使用新的功能。但是這種更新方式對於接口是不適用的，因為往一個接口中添加新的方法也會導致已有代碼無法運行。

接口的默認方法的主要目標之一是解決接口的演化問題。當往一個接口中添加新的方法時，可以提供該方法的默認實現。對於已有的接口使用者來說，代碼可以繼續運行。新的代碼則可以使用該方法，也可以覆寫默認的實現。

考慮下面的一個簡單的進行貨幣轉換的接口。該接口的實現方式可能是調用第三方提供的服務來完成實際的轉換操作。

public interface CurrencyConverter {
    BigDecimal convert(Currency from, Currency to, BigDecimal amount);
}

該接口在開發出來之後，在應用中得到了使用。在後續的版本更新中，第三方服務提供了新的批量處理的功能，允許在一次請求中同時轉換多個數值。最直接的做法是在原有的接口中添加一個新的方法來支持批量處理，不過這樣會造成已有的代碼無法運行。而默認方法則可以很好的解決這個問題。使用默認方法的新接口如下所示。

public interface CurrencyConverter {
    BigDecimal convert(Currency from, Currency to, BigDecimal amount);
 
    default List convert(Currency from, Currency to, List amounts) {
        List result = new ArrayList();
            for (BigDecimal amount : amounts) {
                result.add(convert(from, to, amount));
            }
            return result;
    }
}

新添加的方法使用default關鍵詞來修飾，並可以有自己的方法體。

默認方法的另外一個作用是實現行為的多繼承。Java語言只允許類之間的單繼承關系，但是一個類可以實現多個接口。在默認方法引入之後，接口中不僅可以包含變量和方法聲明，還可以包含方法體，也就是行為。通過實現多個接口，一個Java類實際上可以獲得來自不同接口的行為。這種功能類似於JavaScript等其他語言中可見的“混入類”（mixin）。實際上，Java中一直存在“常量接口（Constant Interface）”的用法。常量接口中只包含常量的聲明。通過實現這樣的接口，就可以直接引用這些常量。通過默認方法，可以創建出類似的幫助接口，即接口中包含的都是通過默認方法實現的幫助方法。比如創建一個StringUtils接口包含各種與字符串操作相關的默認方法。通過繼承該接口就可以直接使用這些方法。

Java SE 8標准庫已經使用默認方法來對集合類中的接口進行更新。比如java.util.Collection接口中新增的默認方法removeIf可以刪除集合中滿足某些條件的元素。還有 java.lang.Iterable接口中新增的默認方法forEach可以遍歷集合中的元素，並執行一些操作。這些新增的默認方法大多使用了java.util.function包中的函數式接口，因此可以使用lambda表達式來非常簡潔的進行操作。

Lambda表達式是Java SE 8在提高開發人員生產效率上的一個重大改進。通過語法上的改進，可以減少開發人員需要編寫和維護的代碼數量。

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