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Java Lambda表達式初探

前言

本文受啟發於Trisha Gee在JavaOne 2016的主題演講Refactoring to Java 8。

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，不去學習新科技就很可能被科技拋棄。 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。不要害怕，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將開啟函數式程式設計的大門。

為什麼需要Lambda表達式

不要糾結什麼是Lambda表達式、什麼是函數式程式設計。先來看看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
    public void run(){
        System.out.println("Thread run()");
    }
}).start();

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有Lambda表達式之後，則可以這樣寫：

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

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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：不需要宣告類別或方法的名字，就可以直接定義函數。但其實這只是編譯器給我們的一個小把戲，背後的原理並不難理解。以下是Lambda表達式幾種可能的書寫形式：

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

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透過上例可以發現：

Lambda表達式是有類型的，賦值運算的左邊就是型別。 Lambda表達式的類型其實是對應介面的類型。

Lambda表達式可以包含多行程式碼，需要用大括號把程式碼區塊括起來，就像寫函數體一樣。

大多數時候，Lambda表達式的參數表可以省略型別，就像程式碼2和5一樣。這得歸功於javac的類型推導機制，編譯器可以根據上下文推導出類型資訊。

其實每個Lambda表達式都是原來匿名內部類別的簡寫形式，該內部類別實作了某個函數介面(Functional Interface)。所謂函數介面是指添加了@FunctionalInterface標註，並且內部只有一個介面函數的介面。 Java是強類型語言，無論有沒有明確指明，每個變數和物件都必須有明確的類型，沒有明確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介面的類型。

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，支援對這些元素進行各種操作，而這些操作是透過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一樣（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。

範例1

假設需要從一個字串清單中選出以數字開頭的字串並輸出，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);
    }
}

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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.选出以数字开头的字符串
    .forEach(str -> System.out.println(str));// 3.输出字符串

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上述程式碼首先1 . 呼叫List.stream()方法得到容器的Stream，2. 然後呼叫filter()方法過濾出以數字開頭的字串，3. 最後呼叫forEach()方法輸出結果。

使用Stream有兩個明顯的好處：

減少了模板程式碼，只用Lambda表達式指明所需操作，程式碼語意更加明確、方便閱讀。

將外部迭代改成了Stream的內部迭代，方便了JVM本身對迭代過程做最佳化（例如可以並行迭代）。

例子2

假設需要從一個字串清單中，選出所有不以數字開頭的字串，將其轉換成大寫形式，並把結果放到新的集合當中。 Java 8書寫的程式碼如下：

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.选出不以数字开头的字符串
        .map(String::toUpperCase)// 3.转换成大写形式
        .collect(Collectors.toSet());// 4.生成结果集

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上述代码首先1. 调用List.stream()方法得到容器的Stream，2. 然后调用filter()方法选出不以数字开头的字符串，3. 之后调用map()方法将字符串转换成大写形式，4. 最后调用collect()方法将结果转换成Set。这个例子还向我们展示了方法引用（method references，代码中标号3处）以及收集器（Collector，代码中标号4处）的用法，这里不再展开说明。

通过这个例子我们看到了Stream链式操作，即多个操作可以连成一串。不用担心这会导致对容器的多次迭代，因为不是每个Stream的操作都会立即执行。Stream的操作分成两类，一类是中间操作(intermediate operations)，另一类是结束操作(terminal operation)，只有结束操作才会导致真正的代码执行，中间操作只会做一些标记，表示需要对Stream进行某种操作。这意味着可以在Stream上通过关联多种操作，但最终只需要一次迭代。如果你熟悉Spark RDD，对此应该并不陌生。

结语

Java 8引入Lambda表达式，从此打开了函数式编程的大门。如果你之前不了解函数式编程，不必纠结于这个概念。编程过程中简洁明了的书写形式以及强大的Stream API会让你很快熟悉Lambda表达式的。

本文只对Java Lambda表达式的基本介绍，希望能够激发读者对Java函数式编程的兴趣。如果本文能够让你觉得Lambda表达式很好玩，函数式编程很有趣，并产生了进一步学习的欲望，那就再好不过了。文末参考文献中列出了一些有用的资源。

致谢

非常感谢阿里巴巴“西行游学计划”给予我们的支持，感谢阿里中间件团队资助我们远美国赴旧金山参加Java语言的顶级技术会议——2016 JaveOne大会。借此我们有机会跟国际顶尖大牛面对面的交流，并第一时间了解到Java语言的最新动态。同样感谢伴我一起游学的两位队友，有ta们在异国他乡的陪伴和关照，我的西行之旅才更加丰富多彩。这次游学给我们带来的惊喜，将深深留存在我们的记忆当中。

希望更多的同学能够关注并参与到阿里巴巴天池大赛当中，也希望阿里能够继续坚持对青年学生的支持和培养！

参考文献

http://www.oracle.com/webfolder/technetwork/tutorials/obe/java/Lambda-QuickStart/index.html
https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/util/stream/Stream.html
https://docs.oracle.com/javase/tutorial/java/javaOO/lambdaexpressions.html
http://cr.openjdk.java.net/~briangoetz/lambda/lambda-state-final.html
http://www.slideshare.net/trishagee/refactoring-to-java-8-devoxx-uk
《Java 8函数式编程 [英]沃伯顿》
https://www.oracle.com/javaone/speakers.html#gee