Java 8新特性（一）：Lambda表达式

Java 8发布距今都两年了，实际开发用的jdk版本也是1.8，但一直没怎么关注过它的新特性，碰巧最近老系统重构工作，就一并学习了，整理一下分享给大家。

这个系列一共有四篇文章，分别为：Lambda表达式、Stream API、新的时间和日期API、Optional类，本篇是第一篇——Lambda表达式。

行为参数化

学Lambda表达式之前，我们先了解一个概念：行为参数化。

简单来说，行为参数化就是预先定义一个代码块而不去执行它，把它当做参数传递给另一个方法，这样，这个方法的行为就被这段代码块参数化了。

听起来有些抽象对吧？我们通过几段代码给大家演示一下。假设我们正在开发一个图书管理系统，需求是要对图书的作者进行过滤，筛选出指定作者的书籍。比较常见的做法就是写一个方法，把作者当成方法的参数：

public List<Book> filterByAuthor(List<Book> books, String author) {
	List<Book> result = new ArrayList<>();
	for (Book book : books) {
		if (author.equals(book.getAuthor())) {
			result.add(book);
		}
	}
	return result;
}

现在需求变了，要按照出版社过滤，再写一个方法过滤出版社：

public List<Book> filterByPublisher(List<Book> books, String publisher) {
	List<Book> result = new ArrayList<>();
	for (Book book : books) {
		if (publisher.equals(book.getPublisher())) {
			result.add(book);
		}
	}
	return result;
}

两个方法除了名称之外，内部的实现逻辑几乎一模一样，唯一的区别就是if判断条件，前者判断的是作者，后者判断的是出版社。如果现在需求又变了，需要按照图书的售价过滤，是不是需要再次将上面的方法复制一遍，将if判断条件改为售价？太Low了，这种做法违背了DRY（Don’t Repeat Yourself，不要重复自己）原则，而且不利于后期维护，如果需要改变方法内部遍历方式来提高性能，意味着每个filterByXxx()方法都需要修改，工作量太大。

比较好的办法就是吧过滤的条件抽象出来，过滤的条件无非就是图书的某些属性（比如价格、出版社、出版日期、作者等），可以通过一个接口来申明：

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public interface BookPredicate {
    public boolean test(Book book);
}

BookPredicate接口只有一个抽象方法test()，该方法接受一个Book类型参数，返回一个boolean值，可以用它来表示图书的不同过滤条件。

接下来我们对之前的过滤方法进行重构，将filterByXxx()方法的第二个参数换成上面定义的接口：

public List<Book> filter(List<Book> books, BookPredicate bookPredicate) {
    List<Book> result = new ArrayList<>();
	for (Book book : books) {
		if (bookPredicate.test(book)) {
			result.add(book);
		}
	}
	return result;
}

将过滤的条件换成BookPredicate的实现类，这里采用了内部类：

// 根据作者过滤
final String author = "张三";
List<Book> result = filter(books, new BookPredicate() {
    @Override
    public boolean test(Book book) {
        return author.equals(book.getAuthor());
    }
});

// 根据图书价格过滤
final double price = 100.00D;
List<Book> result = filter(books, new BookPredicate() {
    @Override
    public boolean test(Book book) {
        return price > book.getPrice();
    }
});

上面的过程中，我们把所有filterByXXX()方法统一替换成filter()这一个方法，filter()方法的第二个参数换成BookPredicate接口，因此如果要改变过滤条件，只需要为BookPredicate接口写一个新的实现类即可。这种方式，就叫行为参数化，也就是说我们把图书的过滤行为（BookPredicate接口的实现类）当成了filter()方法的参数。现在可以把其他的filterByXXX()方法删掉了，只保留filter()方法，即便是后期要修改方法内部的集合遍历方式来优化性能，也只改这一个方法。

不过，BookPredicate接口并不完美，它只是针对图书的过滤，如果需要对其他对象集合排序（如：用户）就不行了，继续改造使其支持泛型参数：

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public interface Predicate<T> {
    public boolean test(T t);
}

现在你可以把filter()方法用在任何对象的过滤中。

Lambda表达式

虽然我们对filter()方法进行重构，并抽象了Predicate接口作为过滤的条件，但实际上还需要编写很多内部类来实现Predicate接口。使用内部类的方式实现Predicate接口有很多缺点：首先是代码显得很臃肿，可读性差；其次，如果某个局部变量被内部类使用，这个变量必须使用final关键字修饰。在Java 8中，使用Lambda表达式可以对内部类进一步简化：

// 根据作者过滤
List<Book> result = filter(books, book -> "张三".equals(book.getAuthor()));

// 根据图书价格过滤
List<Book> result = filter(books, book -> 100 > book.getPrice());

使用Lambda仅用一行代码就对内部类进行了转化，而且代码变得更加清晰可读。其中book -> "张三".equals(book.getAuthor())和book -> 100 > book.getPrice()就是我们接下来要研究的Lambda表达式。

Lambda表达式是什么

Lambda表达式（lambda expression）是一个匿名函数，由数学中的λ演算而得名。在Java 8中可以把Lambda表达式理解为匿名函数，它没有名称，但是有参数列表、函数主体、返回类型等。

Lambda表达式的语法如下：

1	(parameters) -> { statements; }

为什么要使用Lambda表达式？前面你也看到了，在Java中使用内部类显得十分冗长，要编写很多样板代码，Lambda表达式就是为了简化这些步骤出现的，它使代码变得清晰易懂。

如何使用Lambda表达式

Lambda表达式是为了简化内部类的，你可以把它当成是内部类的一种简写方式，只要是有内部类的代码块，都可以转化成Lambda表达式：

// Comparator排序
List<Integer> list = Arrays.asList(3, 1, 4, 5, 2);
list.sort(new Comparator<Integer>() {
    @Override
    public int compare(Integer o1, Integer o2) {
        return o1.compareTo(o2);
    }
});

// 使用Lambda表达式简化
list.sort((o1, o2) -> o1.compareTo(o2));

// Runnable代码块
Thread thread = new Thread(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Hello Man!");
    }
});

// 使用Lambda表达式简化
Thread thread = new Thread(() -> System.out.println("Hello Man!"));

可以看出，只要是内部类的代码块，就可以使用Lambda表达式简化，并且简化后的代码清晰易懂。甚至，Comparator排序的Lambda表达式还可以进一步简化：

1	list.sort(Integer::compareTo);

这种写法被称为方法引用，方法引用是Lambda表达式的进一步简化。如果你的Lambda表达式只是调用这个方法，最好使用名称调用，而不是描述如何调用，这样可以提高代码的可读性。

方法引用使用::分隔符，分隔符的前半部分表示引用类型，后面半部分表示引用的方法名称。例如：Integer::compareTo表示引用类型为Integer，引用名称为compareTo的方法。

类似使用方法引用的例子还有打印集合中的元素到控制台中：

1	list.forEach(System.out::println);

函数式接口

如果你查看Runnable接口源代码，你会发现该接口上有一个@FunctionalInterface的注解，这是Java 8中添加的新注解，用于表示函数式接口。

在Java 8中，把那些仅有一个抽象方法的接口称为函数式接口。如果一个接口被@FunctionalInterface注解标注，表示这个接口被设计成函数式接口，只能有一个抽象方法，如果你添加多个抽象方法，编译时会提示“Multiple non-overriding abstract methods found in interface XXX”之类的错误。

函数式接口能做什么？简单来说，你可以将整个Lambda表达式作为接口的实现类。

除了Runnable之外，Java 8中内置了许多函数式接口供开发者使用，这些接口位于java.util.function包中，上面实例中最后使用的Predicate接口，其实已经被包含在这个包内，他们分别为Predicate、Consumer和Function。

由于我们已经在之前的图书过滤的例子中介绍了Predicate的用法，所以接下来主要介绍Consumer和Function的用法。

`Consumer`

java.util.function.Consumer<T>定义了一个名叫accept()的抽象方法，它接受泛型T的对象，没有返回（void）。如果你需要访问类型T的对象，并对其执行某些操作，就可以使用这个接口。比如，你可以用它来创建一个forEach()方法，接受一个集合，并对集合中每个元素执行操作：

@FunctionalInterface
public interface Consumer<T> {
    void accept(T t);
}

public static <T> void forEach(List<T> list, Consumer<T> consumer) {
    for(T t: list){
        consumer.accept(t);
    }
}

public static void main(String[] args) {
    List<String> list = Arrays.asList("A", "B", "C", "D");
    forEach(list, str -> System.out.println(str));
    // 也可以写成
    forEach(list, System.out::println);
}

`Function`

java.util.function.Function<T, R>接口定义了一个叫作apply()的方法，它接受一个泛型T的对象，并返回一个泛型R的对象。可以看出这个接口主要用于将一个对象转化成另一个类型的对象。比如，比如要提取一个图书集合中所有的作者：

@FunctionalInterface
public interface Function<T, R> {
    R apply(T t);
}

public static <T, R> List<R> map(List<T> list, Function<T, R> f) {
    List<R> result = new ArrayList<>();
    for(T s: list){
        result.add(f.apply(s));
    }
    return result;
}

public static void main(String[] args) {
    List<Book> books = Arrays.asList(
        new Book("张三", 99.00D),
        new Book("李四", 59.00D),
        new Book("王老五", 59.00D)
    );
    List<String> authors = map(books, book -> book.getAuthor());
}

是不是对Lambda表达式有初步认识了？现在你可以用Lambda表达式重构你的代码，看看重构后有没有变得简洁。下一篇将介绍流式数据处理——Stream API。