Java 面向对象（十五）

Lambda表达式

1. 函数式编程思想概述

在数学中，函数就是有输入量、输出量的一套计算方案，也就是“拿什么东西做什么事情”。相对而言，面向对象过分强调“必须通过对象的形式来做事情”，而函数式思想则尽量忽略面向对象的复杂语法， 强调做什么，而不是以什么形式做。

面向对象的思想：

做一件事情，找一个能解决这个事情的对象，调用对象的方法，完成事情。

函数式编程思想：

只要能获取到结果，谁去做的，怎么做的都不重要，重视的是结果，不重视过程。

2. 冗余的代码

【例1】传统写法

当需要启动一个线程去完成任务时，通常会通过 java.lang.Runnable 接口来定义任务内容，并使用 java.lang.Thread 类来启动该线程。代码如下：

public class DemoRunnable {
    public static void main(String[] args) {
        // 匿名内部类
        Runnable task = new Runnable() {
            @Override
            public void run() { // 覆盖重写抽象方法
                System.out.println("多线程任务执行！");
            }
        };
        new Thread(task).start(); // 启动线程
    }
}

本着“一切皆对象”的思想，这种做法是无可厚非的：首先创建一个Runnable接口的匿名内部类对象来指定任务内容，再将其交给一个线程来启动。

【例1】代码分析

对于 Runnable 的匿名内部类用法，可以分析出几点内容：

Thread 类需要 Runnable 接口作为参数，其中的抽象 run 方法是用来指定线程任务内容的核心；
为了指定 run 的方法体，不得不需要 Runnable 接口的实现类；
为了省去定义一个 RunnableImpl 实现类的麻烦，不得不使用匿名内部类；
必须覆盖重写抽象 run 方法，所以方法名称、方法参数、方法返回值不得不再写一遍，且不能写错；
而实际上，似乎只有方法体才是关键所在。

【例2】传统写法

当需要自定义排序的TreeSet集合时，通常会通过 jjava.util.Comparator 接口来定义排序方法，并使用 TreeSet(Comparator<? super E> comparator) 这个构造器来调用。代码如下：

public class DemoComparator {
    public static void main(String[] args) {
        // 匿名内部类
        Comparator<Integer> comparator = new Comparator<Integer>() {
            @Override
            public int compare(Integer o1, Integer o2) { // 覆盖重写抽象方法
                return Integer.compare(o1, o2);
            }
        };
        
        TreeSet<Integer> set = new TreeSet<>(comparator);
    }
}

【例2】代码分析

对于 comparator 的匿名内部类用法，可以分析出几点内容：

TreeSet 构造器需要 comparator 接口作为参数，其中的抽象 compare 方法是用来指定排序的核心；
为了指定 compare 的方法体，不得不需要 comparator 接口的实现类；
为了省去定义一个 comparatorImpl 实现类的麻烦，不得不使用匿名内部类；
必须覆盖重写抽象 compare 方法，所以方法名称、方法参数、方法返回值不得不再写一遍，且不能写错；
而实际上，只有参数和方法体才是关键所在。

3. 编程思想转换

做什么，而不是怎么做

我们真的希望创建一个匿名内部类对象吗？不。我们只是为了做这件事情而不得不创建一个对象。我们真正希望做的事情是：将 run 方法体内的代码传递给 Thread 类知晓。

传递一段代码——这才是我们真正的目的。而创建对象只是受限于面向对象语法而不得不采取的一种手段方式。那，有没有更加简单的办法？如果我们将关注点从“怎么做”回归到“做什么”的本质上，就会发现只要能够更好地达到目的，过程与形式其实并不重要。

生活举例

当我们需要从北京到上海时，可以选择高铁、汽车、骑行或是徒步。我们的真正目的是到达上海，而如何才能到达上海的形式并不重要，所以我们一直在探索有没有比高铁更好的方式——搭乘飞机。

而现在这种飞机（甚至是飞船）已经诞生：2014年3月Oracle所发布的Java 8（JDK 1.8）中，加入了Lambda表达式的重量级新特性，为我们打开了新世界的大门。

4. 体验Lambda的更优写法

借助Java 8的全新语法，上述例子的匿名内部类写法可以通过更简单的Lambda表达式达到等效：

public class DemoLambdaRunnable {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> System.out.println("多线程任务执行！")).start(); // 启动线程
    }
}

public class DemoLambdaComparator {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet<Integer> set = new TreeSet<>((x, y) -> Integer.compare(x, y));
    }
}

这段代码和刚才的执行效果是完全一样的，可以在1.8或更高的编译级别下通过。

不再有“不得不创建接口对象”的束缚，不再有“抽象方法覆盖重写”的负担，就是这么简单！

5. 回顾匿名内部类

Lambda是怎样击败面向对象的？在上例中，核心代码其实只是如下所示的内容：

() -> System.out.println("多线程任务执行！");

(x, y) -> Integer.compare(x, y);

为了理解Lambda的语义，我们需要从传统的代码起步。

使用实现类

要启动一个线程，需要创建一个Thread类的对象并调用start方法。而为了指定线程执行的内容，需要调用Thread类的构造方法：

public Thread(Runnable target)

为了获取Runnable接口的实现对象，可以为该接口定义一个实现类RunnableImpl：

public class RunnableImpl implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("多线程任务执行！");
    }
}

然后创建该实现类的对象作为Thread类的构造参数：

public class Demo03ThreadInitParam {
    public static void main(String[] args) {
        Runnable task = new RunnableImpl();
        new Thread(task).start();
    }
}

【例2】TreeSet的排序也是同理，这里不再阐述。

使用匿名内部类

这个 RunnableImpl 类只是为了实现 Runnable 接口而存在的，而且仅被使用了唯一一次，所以使用匿名内部类的语法即可省去该类的单独定义，即匿名内部类：

public class Demo04ThreadNameless {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("多线程任务执行！");
            }
        }).start();
    }
}

匿名内部类的好处与弊端

一方面，匿名内部类可以帮我们省去实现类的定义；另一方面，匿名内部类的语法——确实太复杂了！

语义分析

仔细分析该代码中的语义，Runnable 接口只有一个 run 方法的定义：

public abstract void run();

即制定了一种做事情的方案（其实就是一个函数）：

无参数：不需要任何条件即可执行该方案。
无返回值：该方案不产生任何结果。
代码块（方法体）：该方案的具体执行步骤。

同样的语义体现在 Lambda 语法中，要更加简单：

() -> System.out.println("多线程任务执行！")

前面的一对小括号即run方法的参数（无），代表不需要任何条件；
中间的一个箭头代表将前面的参数传递给后面的代码；
后面的输出语句即业务逻辑代码。

6. Lambda标准格式

Lambda省去面向对象的条条框框，格式由3个部分组成：

一些参数
一个箭头
一段代码

Lambda表达式的标准格式为：

(参数类型 参数名称) -> { 代码语句 }

格式说明：

小括号内的语法与传统方法参数列表一致：无参数则留空；多个参数则用逗号分隔。
-> 是新引入的语法格式，代表指向动作。
大括号内的语法与传统方法体要求基本一致。

7. Lambda省略格式

可推导即可省略

Lambda强调的是“做什么”而不是“怎么做”，所以凡是可以根据上下文推导得知的信息，都可以省略。

省略规则

在Lambda标准格式的基础上，使用省略写法的规则为：

小括号内参数的类型可以省略；
如果小括号内有且仅有一个参数，则小括号可以省略；
如果大括号内有且仅有一个语句，则无论是否有返回值，都可以省略大括号、return关键字及语句分号。

8. Lambda的使用前提

Lambda的语法非常简洁，完全没有面向对象复杂的束缚。但是使用时有几个问题需要特别注意：

（1）使用Lambda必须具有接口，且要求接口中有且仅有一个抽象方法。无论是JDK内置的 Runnable、Comparator 接口还是自定义的接口，只有当接口中的抽象方法存在且唯一时，才可以使用 Lambda。

（2）使用Lambda必须具有上下文推断。也就是方法的参数或局部变量类型必须为Lambda对应的接口类型，才能使用Lambda作为该接口的实例。

备注：有且仅有一个抽象方法的接口，称为“函数式接口”。

9. 练习

（1）无参无返回

题目

给定一个厨子 Cook 接口，内含唯一的抽象方法 makeFood，且无参数、无返回值。如下：

public interface Cook {
    void makeFood();
}

在下面的代码中，请使用Lambda的标准格式调用 invokeCook 方法，打印输出“吃饭啦！”字样：

public class DemoInvokeCook {
    public static void main(String[] args) {
        // 请在此使用Lambda【标准格式】调用invokeCook方法
    }

    private static void invokeCook(Cook cook) {
        cook.makeFood();
    }
}

解答

public static void main(String[] args) {
    invokeCook(() -> {
        System.out.println("吃饭啦！");
    });
}

备注：小括号代表 Cook 接口 makeFood 抽象方法的参数为空，大括号代表makeFood 的方法体。

（2）有参有返回

题目

给定一个计算器Calculator接口，内含抽象方法 calc 可以将两个int数字相加得到和值：

public interface Calculator {
    int calc(int a, int b);
}

在下面的代码中，请使用Lambda的标准格式调用 invokeCalc 方法，完成120和130的相加计算：

public class Demo08InvokeCalc {
    public static void main(String[] args) {
        // 请在此使用Lambda【标准格式】调用invokeCalc方法来计算120+130的结果
    }

    private static void invokeCalc(int a, int b, Calculator calculator) {
        int result = calculator.calc(a, b);
        System.out.println("结果是：" + result);
    }
}

解答

public static void main(String[] args) {
    invokeCalc(120, 130, (int a, int b) -> {
        return a + b;
    });
}

备注：小括号代表 Calculator 接口 calc 抽象方法的参数，大括号代表 calc 的方法体。