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快速入门Java中的Lambda表达式

转载 作者:qq735679552 更新时间:2022-09-29 22:32:09 25 4
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这篇CFSDN的博客文章快速入门Java中的Lambda表达式由作者收集整理,如果你对这篇文章有兴趣,记得点赞哟.

Lambda简介 。

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表达式还增强了集合库。 Java SE 8添加了2个对集合数据进行批量操作的包: java.util.function 包以及 java.util.stream 包。 流(stream)就如同迭代器(iterator),但附加了许多额外的功能。 总的来说,lambda表达式和 stream 是自Java语言添加泛型(Generics)和注解(annotation)以来最大的变化.

Lambda表达式本质上是匿名方法,其底层还是通过invokedynamic指令来生成匿名类来实现。它提供了更为简单的语法和写作方式,允许你通过表达式来代替函数式接口。在一些人看来,Lambda就是可以让你的代码变得更简洁,完全可以不使用——这种看法当然没问题,但重要的是lambda为Java带来了闭包。得益于Lamdba对集合的支持,通过Lambda在多核处理器条件下对集合遍历时的性能提高极大,另外我们可以以数据流的方式处理集合——这是非常有吸引力的.

Lambda语法 。

Lambda的语法极为简单,类似如下结构

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(parameters) -> expression

或者 。

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(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隐含的推断。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反回,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反回.

我们通过以下几个示例来做说明:

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//示例1:不需要接受参数,直接返回10
()-> 10
 
//示例2:接受两个int类型的参数,并返回这两个参数相加的和
( int x, int y)->x+y;
 
//示例2:接受x,y两个参数,该参数的类型由JVM根据上下文推断出来,并返回两个参数的和
(x,y)->x+y;
 
//示例3:接受一个字符串,并将该字符串打印到控制到,不反回结果
(String name)->System.out.println(name);
 
//示例4:接受一个推断类型的参数name,并将该字符串打印到控制台
name->System.out.println(name);
 
//示例5:接受两个String类型参数,并分别输出,不反回
(String name,String sex)->{System.out.println(name);System.out.println(sex)}
 
//示例6:接受一个参数x,并返回该该参数的两倍
x-> 2 *x

Lambda用在哪里 。

在[函数式接口][1]中我们知道Lambda表达式的目标类型是函数性接口——每一个Lambda都能通过一个特定的函数式接口与一个给定的类型进行匹配。因此一个Lambda表达式能被应用在与其目标类型匹配的任何地方,lambda表达式必须和函数式接口的抽象函数描述一样的参数类型,它的返回类型也必须和抽象函数的返回类型兼容,并且他能抛出的异常也仅限于在函数的描述范围中.

接下来,我们看一个自定义的函数式接口示例:

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@FunctionalInterface
  interface Converter<F, T>{
 
    T convert(F from);
 
}

首先用传统的方式来使用该接口:

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Converter<String ,Integer> converter= new Converter<String, Integer>() {
      @Override
      public Integer convert(String from) {
        return Integer.valueOf(from);
      }
    };
 
    Integer result = converter.convert( "200" );
    System.out.println(result);

很显然这没任何问题,那么接下里就是Lambda上场的时刻,用Lambda实现Converter接口:

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Converter<String ,Integer> converter=(param) -> Integer.valueOf(param);
     Integer result = converter.convert( "101" );
     System.out.println(result);

通过上例,我想你已经对Lambda的使用有了个简单的认识,下面,我们在用一个常用的Runnable做演示:

在以前我们可能会写下这种代码:

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new Thread( new Runnable() {
       @Override
       public void run() {
         System.out.println( "hello lambda" );
       }
     }).start();

在某些情况下,大量的匿名类会让代码显得杂乱无章。现在可以用Lambda来使它变得简洁:

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

方法引用 。

方法引用是Lambda表达式的一个简化写法。所引用的方法其实是Lambda表达式的方法体的实现,其语法结构为

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ObjectRef::methodName

左边可以是类名或者实例名,中间是方法引用符号”::”,右边是相应的方法名.

方法引用被分为三类:

1. 静态方法引用 。

在某些情况下,我们可能写出这样的代码:

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public class ReferenceTest {
   public static void main(String[] args) {
     Converter<String ,Integer> converter= new Converter<String, Integer>() {
       @Override
       public Integer convert(String from) {
         return ReferenceTest.String2Int(from);
       }
     };
     converter.convert( "120" );
 
   }
 
   @FunctionalInterface
   interface Converter<F,T>{
     T convert(F from);
   }
 
   static int String2Int(String from) {
     return Integer.valueOf(from);
   }
}

这时候如果用静态引用会使的代码更加简洁:

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Converter<String, Integer> converter = ReferenceTest::String2Int;
converter.convert( "120" );

2. 实例方法引用 。

我们也可能会写下这样的代码:

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public class ReferenceTest {
   public static void main(String[] args) {
 
     Converter<String, Integer> converter = new Converter<String, Integer>() {
       @Override
       public Integer convert(String from) {
         return new Helper().String2Int(from);
       }
     };
     converter.convert( "120" );
   }
 
   @FunctionalInterface
   interface Converter<F, T> {
     T convert(F from);
   }
 
   static class Helper {
     public int String2Int(String from) {
       return Integer.valueOf(from);
     }
   }
}

同样用实例方法引用会显得更加简洁:

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Helper helper = new Helper();
Converter<String, Integer> converter = helper::String2Int;
converter.convert( "120" );

3. 构造方法引用 。

现在我们来演示构造方法的引用。首先我们定义一个父类Animal

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class Animal{
   private String name;
   private int age;
 
   public Animal(String name, int age) {
     this .name = name;
     this .age = age;
   }
 
   public void behavior(){
 
   }
}

接下来,我们在定义两个Animal的子类:Dog、Bird 。

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public class Bird extends Animal {
 
   public Bird(String name, int age) {
     super (name, age);
   }
 
   @Override
   public void behavior() {
     System.out.println( "fly" );
   }
}
 
class Dog extends Animal {
 
   public Dog(String name, int age) {
     super (name, age);
   }
 
   @Override
   public void behavior() {
     System.out.println( "run" );
   }
}

随后我们定义工厂接口:

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interface Factory<T extends Animal> {
   T create(String name, int age);
}

接下来我们还是用传统的方法来创建Dog类和Bird类的对象:

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Factory factory= new Factory() {
   @Override
   public Animal create(String name, int age) {
     return new Dog(name,age);
   }
};
factory.create( "alias" , 3 );
factory= new Factory() {
   @Override
   public Animal create(String name, int age) {
     return new Bird(name,age);
   }
};
factory.create( "smook" , 2 );

仅仅为了创建两个对象就写了十多号代码,现在我们用构造函数引用试试:

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Factory<Animal> dogFactory =Dog:: new ;
Animal dog = dogFactory.create( "alias" , 4 );
 
Factory<Bird> birdFactory = Bird:: new ;
Bird bird = birdFactory.create( "smook" , 3 );

这样代码就显得干净利落了。通过Dog::new这种方式来穿件对象时,Factory.create函数的签名选择相应的造函数.

Lambda的域以及访问限制 。

域即作用域,Lambda表达式中的参数列表中的参数在该Lambda表达式范围内(域)有效。在作用Lambda表达式内,可以访问外部的变量:局部变量、类变量和静态变量,但操作受限程度不一.

访问局部变量 。

在Lambda表达式外部的局部变量会被JVM隐式的编译成final类型,因此只能访问外而不能修改.

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public class ReferenceTest {
   public static void main(String[] args) {
 
     int n = 3 ;
     Calculate calculate = param -> {
       //n=10; 编译错误
       return n + param;
     };
     calculate.calculate( 10 );
   }
 
   @FunctionalInterface
   interface Calculate {
     int calculate( int value);
   }
 
}

访问静态变量和成员变量 。

在Lambda表达式内部,对静态变量和成员变量可读可写.

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public class ReferenceTest {
   public int count = 1 ;
   public static int num = 2 ;
 
   public void test() {
     Calculate calculate = param -> {
       num = 10 ; //修改静态变量
       count = 3 ; //修改成员变量
       return n + param;
     };
     calculate.calculate( 10 );
   }
 
   public static void main(String[] args) {
 
   }
 
   @FunctionalInterface
   interface Calculate {
     int calculate( int value);
   }
 
}

Lambda不能访问函数接口的默认方法 。

java8增强了接口,其中包括接口可添加default关键词定义的默认方法,这里我们需要注意,Lambda表达式内部不支持访问默认方法.

Lambda实践 。

在[函数式接口][2]一节中,我们提到java.util.function包中内置许多函数式接口,现在将对常用的函数式接口做说明.

Predicate接口 。

输入一个参数,并返回一个Boolean值,其中内置许多用于逻辑判断的默认方法

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@Test
public void predicateTest() {
   Predicate<String> predicate = (s) -> s.length() > 0 ;
   boolean test = predicate.test( "test" );
   System.out.println( "字符串长度大于0:" + test);
 
   test = predicate.test( "" );
   System.out.println( "字符串长度大于0:" + test);
 
   test = predicate.negate().test( "" );
   System.out.println( "字符串长度小于0:" + test);
 
   Predicate<Object> pre = Objects::nonNull;
   Object ob = null ;
   test = pre.test(ob);
   System.out.println( "对象不为空:" + test);
   ob = new Object();
   test = pre.test(ob);
   System.out.println( "对象不为空:" + test);
}

Function接口 。

接收一个参数,返回单一的结果,默认的方法(andThen)可将多个函数串在一起,形成复合Funtion(有输入,有输出)结果, 。

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@Test
public void functionTest() {
   Function<String, Integer> toInteger = Integer::valueOf;
   //toInteger的执行结果作为第二个backToString的输入
   Function<String, String> backToString = toInteger.andThen(String::valueOf);
   String result = backToString.apply( "1234" );
   System.out.println(result);
 
   Function<Integer, Integer> add = (i) -> {
     System.out.println( "frist input:" + i);
     return i * 2 ;
   };
   Function<Integer, Integer> zero = add.andThen((i) -> {
     System.out.println( "second input:" + i);
     return i * 0 ;
   });
 
   Integer res = zero.apply( 8 );
   System.out.println(res);
}

Supplier接口 。

返回一个给定类型的结果,与Function不同的是,Supplier不需要接受参数(供应者,有输出无输入) 。

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@Test
public void supplierTest() {
   Supplier<String> supplier = () -> "special type value" ;
   String s = supplier.get();
   System.out.println(s);
}

Consumer接口 。

代表了在单一的输入参数上需要进行的操作。和Function不同的是,Consumer没有返回值(消费者,有输入,无输出) 。

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@Test
public void consumerTest() {
   Consumer<Integer> add5 = (p) -> {
     System.out.println( "old value:" + p);
     p = p + 5 ;
     System.out.println( "new value:" + p);
   };
   add5.accept( 10 );
}

以上四个接口的用法代表了java.util.function包中四种类型,理解这四个函数式接口之后,其他的接口也就容易理解了,现在我们来做一下简单的总结:

Predicate用来逻辑判断,Function用在有输入有输出的地方,Supplier用在无输入,有输出的地方,而Consumer用在有输入,无输出的地方。你大可通过其名称的含义来获知其使用场景.

Stream 。

Lambda为java8带了闭包,这一特性在集合操作中尤为重要:java8中支持对集合对象的stream进行函数式操作,此外,stream api也被集成进了collection api,允许对集合对象进行批量操作.

下面我们来认识Stream.

Stream表示数据流,它没有数据结构,本身也不存储元素,其操作也不会改变源Stream,而是生成新Stream.作为一种操作数据的接口,它提供了过滤、排序、映射、规约等多种操作方法,这些方法按照返回类型被分为两类:凡是返回Stream类型的方法,称之为中间方法(中间操作),其余的都是完结方法(完结操作)。完结方法返回一个某种类型的值,而中间方法则返回新的Stream。中间方法的调用通常是链式的,该过程会形成一个管道,当完结方法被调用时会导致立即从管道中消费值,这里我们要记住:Stream的操作尽可能以“延迟”的方式运行,也就是我们常说的“懒操作”,这样有助于减少资源占用,提高性能。对于所有的中间操作(除sorted外)都是运行在延迟模式下.

Stream不但提供了强大的数据操作能力,更重要的是Stream既支持串行也支持并行,并行使得Stream在多核处理器上有着更好的性能.

Stream的使用过程有着固定的模式:

      1、创建Stream 。

      2、通过中间操作,对原始Stream进行“变化”并生成新的Stream 。

      3、使用完结操作,生成最终结果 。

也就是 。

      创建——>变化——>完结 。

Stream的创建 。

对于集合来说,可以通过调用集合的stream()或者parallelStream()来创建,另外这两个方法也在Collection接口中实现了。对于数组来说,可以通过Stream的静态方法of(T … values)来创建,另外,Arrays也提供了有关stream的支持.

除了以上基于集合或者数组来创建Stream,也可以通过Steam.empty()创建空的Stream,或者利用Stream的generate()来创建无穷的Stream.

下面我们以串行Stream为例,分别说明Stream几种常用的中间方法和完结方法。首先创建一个List集合:

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List<String> lists= new ArrayList<String >();
     lists.add( "a1" );
     lists.add( "a2" );
     lists.add( "b1" );
     lists.add( "b2" );
     lists.add( "b3" );
     lists.add( "o1" );

中间方法 。

过滤器(Filter) 。

结合Predicate接口,Filter对流对象中的所有元素进行过滤,该操作是一个中间操作,这意味着你可以在操作返回结果的基础上进行其他操作.

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public static void streamFilterTest() {
   lists.stream().filter((s -> s.startsWith( "a" ))).forEach(System.out::println);
 
   //等价于以上操作
   Predicate<String> predicate = (s) -> s.startsWith( "a" );
   lists.stream().filter(predicate).forEach(System.out::println);
 
   //连续过滤
   Predicate<String> predicate1 = (s -> s.endsWith( "1" ));
   lists.stream().filter(predicate).filter(predicate1).forEach(System.out::println);
}

排序(Sorted) 。

结合Comparator接口,该操作返回一个排序过后的流的视图,原始流的顺序不会改变。通过Comparator来指定排序规则,默认是按照自然顺序排序.

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public static void streamSortedTest() {
   System.out.println( "默认Comparator" );
   lists.stream().sorted().filter((s -> s.startsWith( "a" ))).forEach(System.out::println);
 
   System.out.println( "自定义Comparator" );
   lists.stream().sorted((p1, p2) -> p2.compareTo(p1)).filter((s -> s.startsWith( "a" ))).forEach(System.out::println);
 
}

映射(Map) 。

结合Function接口,该操作能将流对象中的每个元素映射为另一种元素,实现元素类型的转换.

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public static void streamMapTest() {
   lists.stream().map(String::toUpperCase).sorted((a, b) -> b.compareTo(a)).forEach(System.out::println);
 
   System.out.println( "自定义映射规则" );
   Function<String, String> function = (p) -> {
     return p + ".txt" ;
   };
   lists.stream().map(String::toUpperCase).map(function).sorted((a, b) -> b.compareTo(a)).forEach(System.out::println);
 
}

在上面简单介绍了三种常用的操作,这三种操作极大简化了集合的处理。接下来,介绍几种完结方法:

完结方法 。

“变换”过程之后,需要获取结果,即完成操作。下面我们来看相关的操作:

匹配(Match) 。

用来判断某个predicate是否和流对象相匹配,最终返回Boolean类型结果,例如:

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public static void streamMatchTest() {
   //流对象中只要有一个元素匹配就返回true
   boolean anyStartWithA = lists.stream().anyMatch((s -> s.startsWith( "a" )));
   System.out.println(anyStartWithA);
   //流对象中每个元素都匹配就返回true
   boolean allStartWithA
       = lists.stream().allMatch((s -> s.startsWith( "a" )));
   System.out.println(allStartWithA);
}

收集(Collect) 。

在对经过变换之后,我们将变换的Stream的元素收集,比如将这些元素存至集合中,此时便可以使用Stream提供的collect方法,例如:

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public static void streamCollectTest() {
   List<String> list = lists.stream().filter((p) -> p.startsWith( "a" )).sorted().collect(Collectors.toList());
   System.out.println(list);
 
}

计数(Count) 。

类似sql的count,用来统计流中元素的总数,例如:

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public static void streamCountTest() {
   long count = lists.stream().filter((s -> s.startsWith( "a" ))).count();
   System.out.println(count);
}

规约(Reduce) 。

reduce方法允许我们用自己的方式去计算元素或者将一个Stream中的元素以某种规律关联,例如:

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public static void streamReduceTest() {
   Optional<String> optional = lists.stream().sorted().reduce((s1, s2) -> {
     System.out.println(s1 + "|" + s2);
     return s1 + "|" + s2;
   });
}

执行结果如下:

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a1|a2|b1
a1|a2|b1|b2
a1|a2|b1|b2|b3
a1|a2|b1|b2|b3|o1

并行Stream VS 串行Stream 。

到目前我们已经将常用的中间操作和完结操作介绍完了。当然所有的的示例都是基于串行Stream。接下来介绍重点戏——并行Stream(parallel Stream)。并行Stream基于Fork-join并行分解框架实现,将大数据集合切分为多个小数据结合交给不同的线程去处理,这样在多核处理情况下,性能会得到很大的提高。这和MapReduce的设计理念一致:大任务化小,小任务再分配到不同的机器执行。只不过这里的小任务是交给不同的处理器.

通过parallelStream()创建并行Stream。为了验证并行Stream是否真的能提高性能,我们执行以下测试代码:

首先创建一个较大的集合:

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List<String> bigLists = new ArrayList<>();
   for ( int i = 0 ; i < 10000000 ; i++) {
     UUID uuid = UUID.randomUUID();
     bigLists.add(uuid.toString());
   }

测试串行流下排序所用的时间:

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private static void notParallelStreamSortedTest(List<String> bigLists) {
   long startTime = System.nanoTime();
   long count = bigLists.stream().sorted().count();
   long endTime = System.nanoTime();
   long millis = TimeUnit.NANOSECONDS.toMillis(endTime - startTime);
   System.out.println(System.out.printf( "串行排序: %d ms" , millis));
 
}

测试并行流下排序所用的时间:

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private static void parallelStreamSortedTest(List<String> bigLists) {
   long startTime = System.nanoTime();
   long count = bigLists.parallelStream().sorted().count();
   long endTime = System.nanoTime();
   long millis = TimeUnit.NANOSECONDS.toMillis(endTime - startTime);
   System.out.println(System.out.printf( "并行排序: %d ms" , millis));
 
}

结果如下:

          串行排序: 13336 ms           并行排序: 6755 ms 。

看到这里,我们确实发现性能提高了约么50%,你也可能会想以后都用parallel Stream不久行了么?实则不然,如果你现在还是单核处理器,而数据量又不算很大的情况下,串行流仍然是这种不错的选择。你也会发现在某些情况,串行流的性能反而更好,至于具体的使用,需要你根据实际场景先测试后再决定.

懒操作 。

上面我们谈到Stream尽可能以延迟的方式运行,这里通过创建一个无穷大的Stream来说明:

首先通过Stream的generate方法来一个自然数序列,然后通过map变换Stream:

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//递增序列
class NatureSeq implements Supplier<Long> {
    long value = 0 ;
 
    @Override
    public Long get() {
      value++;
      return value;
    }
  }
 
public void streamCreateTest() {
    Stream<Long> stream = Stream.generate( new NatureSeq());
    System.out.println( "元素个数:" +stream.map((param) -> {
      return param;
    }).limit( 1000 ).count());
 
  }

执行结果为:

       元素个数:1000 。

我们发现开始时对这个无穷大的Stream做任何中间操作(如:filter,map等,但sorted不行)都是可以的,也就是对Stream进行中间操作并生存一个新的Stream的过程并非立刻生效的(不然此例中的map操作会永远的运行下去,被阻塞住),当遇到完结方法时stream才开始计算。通过limit()方法,把这个无穷的Stream转为有穷的Stream.

总结 。

以上就是Java Lambda快速入门详解的全部内容,看完本文后大家是不是对Java Lambda有了更深的了解,希望本文对大家学习Java Lambda能有所帮助.

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