摘要：此篇文章主要介紹 Java8 Lambda 表示式產生的背景和用法，以及 Lambda 表示式與匿名類的不同等。本文系 OneAPM 工程師編譯整理。

Java 是一流的面嚮物件語言，除了部分簡單資料型別，Java 中的一切都是物件，即使陣列也是一種物件，每個類建立的例項也是物件。在 Java 中定義的函式或方法不可能完全獨立，也不能將方法作為引數或返回一個方法給例項。

從 Swing 開始，我們總是通過匿名類給方法傳遞函式功能，以下是舊版的事件監聽程式碼：

someObject.addMouseListener(new MouseAdapter() {
        public void mouseClicked(MouseEvent e) {

            //Event listener implementation goes here...

        }
    });
 

在上面的例子裡，為了給 Mouse 監聽器新增自定義程式碼，我們定義了一個匿名內部類 MouseAdapter 並建立了它的物件，通過這種方式，我們將一些函式功能傳給 addMouseListener 方法。

簡而言之，在 Java 裡將普通的方法或函式像引數一樣傳值並不簡單，為此，Java 8 增加了一個語言級的新特性，名為 Lambda 表示式。

為什麼 Java 需要 Lambda 表示式？

如果忽視註解(Annotations)、泛型(Generics)等特性，自 Java 語言誕生時起，它的變化並不大。Java 一直都致力維護其物件至上的特徵，在使用過 JavaScript 之類的函式式語言之後，Java 如何強調其面向物件的本質，以及原始碼層的資料型別如何嚴格變得更加清晰可感。其實，函式對 Java 而言並不重要，在 Java 的世界裡，函式無法獨立存在。

在函數語言程式設計語言中，函式是一等公民，它們可以獨立存在，你可以將其賦值給一個變數，或將他們當做引數傳給其他函式。JavaScript 是最典型的函數語言程式設計語言。點選此處以及此處可以清楚瞭解 JavaScript 這種函式式語言的好處。函式式語言提供了一種強大的功能——閉包，相比於傳統的程式設計方法有很多優勢，閉包是一個可呼叫的物件，它記錄了一些資訊，這些資訊來自於建立它的作用域。Java 現在提供的最接近閉包的概念便是 Lambda 表示式，雖然閉包與 Lambda 表示式之間存在顯著差別，但至少 Lambda 表示式是閉包很好的替代者。

在 Steve Yegge 辛辣又幽默的

Lambda 表示式為 Java 添加了缺失的函數語言程式設計特點，使我們能將函式當做一等公民看待。儘管不完全正確，我們很快就會見識到 Lambda 與閉包的不同之處，但是又無限地接近閉包。在支援一類函式的語言中，Lambda 表示式的型別將是函式。但是，在 Java 中，Lambda 表示式是物件，他們必須依附於一類特別的物件型別——函式式介面(functional interface)。我們會在後文詳細介紹函式式介面。

Mario Fusco 的這篇思路清晰的文章介紹了為什麼 Java 需要 Lambda 表示式。他解釋了為什麼現代程式語言必須包含閉包這類特性。

Lambda 表示式簡介

Lambda 表示式是一種匿名函式(對 Java 而言這並不完全正確，但現在姑且這麼認為)，簡單地說，它是沒有宣告的方法，也即沒有訪問修飾符、返回值宣告和名字。

你可以將其想做一種速記，在你需要使用某個方法的地方寫上它。當某個方法只使用一次，而且定義很簡短，使用這種速記替代之尤其有效，這樣，你就不必在類中費力寫宣告與方法了。

Java 中的 Lambda 表示式通常使用 (argument) -> (body) 語法書寫，例如：

(arg1, arg2...) -> { body }

(type1 arg1, type2 arg2...) -> { body }

以下是一些 Lambda 表示式的例子：

(int a, int b) -> {  return a + b; }

() -> System.out.println("Hello World");

(String s) -> { System.out.println(s); }

() -> 42

() -> { return 3.1415 };

Lambda 表示式的結構

讓我們瞭解一下 Lambda 表示式的結構。

• 一個 Lambda 表示式可以有零個或多個引數
• 引數的型別既可以明確宣告，也可以根據上下文來推斷。例如：(int a)與(a)效果相同
• 所有引數需包含在圓括號內，引數之間用逗號相隔。例如：(a, b) 或 (int a, int b) 或 (String a, int b, float c)
• 空圓括號代表引數集為空。例如：() -> 42
• 當只有一個引數，且其型別可推導時，圓括號（）可省略。例如：a -> return a*a
• Lambda 表示式的主體可包含零條或多條語句
• 如果 Lambda 表示式的主體只有一條語句，花括號{}可省略。匿名函式的返回型別與該主體表達式一致
• 如果 Lambda 表示式的主體包含一條以上語句，則表示式必須包含在花括號{}中（形成程式碼塊）。匿名函式的返回型別與程式碼塊的返回型別一致，若沒有返回則為空

什麼是函式式介面

在 Java 中，Marker（標記）型別的介面是一種沒有方法或屬性宣告的介面，簡單地說，marker 介面是空介面。相似地，函式式介面是隻包含一個抽象方法宣告的介面。

java.lang.Runnable 就是一種函式式介面，在 Runnable 介面中只聲明瞭一個方法 void run()，相似地，ActionListener 介面也是一種函式式介面，我們使用匿名內部類來例項化函式式介面的物件，有了 Lambda 表示式，這一方式可以得到簡化。

每個 Lambda 表示式都能隱式地賦值給函式式介面，例如，我們可以通過 Lambda 表示式建立 Runnable 介面的引用。

Runnable r = () -> System.out.println("hello world");

當不指明函式式介面時，編譯器會自動解釋這種轉化：

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

因此，在上面的程式碼中，編譯器會自動推斷：根據執行緒類的建構函式簽名 public Thread(Runnable r) { }，將該 Lambda 表示式賦給 Runnable 介面。

以下是一些 Lambda 表示式及其函式式介面：

Consumer<Integer>  c = (int x) -> { System.out.println(x) };

BiConsumer<Integer, String> b = (Integer x, String y) -> System.out.println(x + " : " + y);

Predicate<String> p = (String s) -> { s == null };

@FunctionalInterface 是 Java 8 新加入的一種介面，用於指明該介面型別宣告是根據 Java 語言規範定義的函式式介面。Java 8 還聲明瞭一些 Lambda 表示式可以使用的函式式介面，當你註釋的介面不是有效的函式式介面時，可以使用 @FunctionalInterface 解決編譯層面的錯誤。

以下是一種自定義的函式式介面：
@FunctionalInterface
public interface WorkerInterface {

   public void doSomeWork();

}

根據定義，函式式介面只能有一個抽象方法，如果你嘗試新增第二個抽象方法，將丟擲編譯時錯誤。例如：

@FunctionalInterface
public interface WorkerInterface {

    public void doSomeWork();

    public void doSomeMoreWork();

}

錯誤：

Unexpected @FunctionalInterface annotation 
    @FunctionalInterface ^ WorkerInterface is not a functional interface multiple 
    non-overriding abstract methods found in interface WorkerInterface 1 error

函式式介面定義好後，我們可以在 API 中使用它，同時利用 Lambda 表示式。例如：

 //定義一個函式式介面
@FunctionalInterface
public interface WorkerInterface {

   public void doSomeWork();

}


public class WorkerInterfaceTest {

public static void execute(WorkerInterface worker) {
    worker.doSomeWork();
}

public static void main(String [] args) {

    //invoke doSomeWork using Annonymous class
    execute(new WorkerInterface() {
        @Override
        public void doSomeWork() {
            System.out.println("Worker invoked using Anonymous class");
        }
    });

    //invoke doSomeWork using Lambda expression 
    execute( () -> System.out.println("Worker invoked using Lambda expression") );
}

}

輸出：

Worker invoked using Anonymous class 
Worker invoked using Lambda expression

這上面的例子裡，我們建立了自定義的函式式介面並與 Lambda 表示式一起使用。execute() 方法現在可以將 Lambda 表示式作為引數。

Lambda 表示式舉例

學習 Lambda 表示式的最好方式是學習例子。

執行緒可以通過以下方法初始化：

//舊方法:
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
    System.out.println("Hello from thread");
}
}).start();

//新方法:
new Thread(
() -> System.out.println("Hello from thread")
).start();

事件處理可以使用 Java 8 的 Lambda 表示式解決。下面的程式碼中，我們將使用新舊兩種方式向一個 UI 元件新增 ActionListener：

  //Old way:
button.addActionListener(new ActionListener() {
@Override
public void actionPerformed(ActionEvent e) {
    System.out.println("The button was clicked using old fashion code!");
}
});

//New way:
button.addActionListener( (e) -> {
    System.out.println("The button was clicked. From Lambda expressions !");
});

以下程式碼的作用是打印出給定陣列中的所有元素。注意，使用 Lambda 表示式的方法不止一種。在下面的例子中，我們先是用常用的箭頭語法建立 Lambda 表示式，之後，使用 Java 8 全新的雙冒號(::)操作符將一個常規方法轉化為 Lambda 表示式：

//Old way:
List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7);
for(Integer n: list) {
   System.out.println(n);
}

//New way:
List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7);
list.forEach(n -> System.out.println(n));


//or we can use :: double colon operator in Java 8
list.forEach(System.out::println);

在下面的例子中，我們使用斷言(Predicate)函式式介面建立一個測試，並列印所有通過測試的元素，這樣，你就可以使用 Lambda 表示式規定一些邏輯，並以此為基礎有所作為：

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.function.Predicate;

public class Main {

public static void main(String [] a)  {

    List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7);

    System.out.println("Print all numbers:");
    evaluate(list, (n)->true);

    System.out.println("Print no numbers:");
    evaluate(list, (n)->false);

    System.out.println("Print even numbers:");
    evaluate(list, (n)-> n%2 == 0 );

    System.out.println("Print odd numbers:");
    evaluate(list, (n)-> n%2 == 1 );

    System.out.println("Print numbers greater than 5:");
    evaluate(list, (n)-> n > 5 );

}

public static void evaluate(List<Integer> list, Predicate<Integer> predicate) {
    for(Integer n: list)  {
        if(predicate.test(n)) {
            System.out.println(n + " ");
        }
    }
}

}   

輸出：

Print all numbers: 1 2 3 4 5 6 7 
Print no numbers: 
Print even numbers: 2 4 6 
Print odd numbers: 1 3 5 7 
Print numbers greater than 5: 6 7

下面的例子使用 Lambda 表示式列印數值中每個元素的平方，注意我們使用了 .stream() 方法將常規陣列轉化為流。Java 8 增加了一些超棒的流 APIs。java.util.stream.Stream 介面包含許多有用的方法，能結合 Lambda 表示式產生神奇的效果。我們將 Lambda 表示式 x -> x*x 傳給 map() 方法，該方法會作用於流中的所有元素。之後，我們使用 forEach 方法列印資料中的所有元素：

//Old way:
List<Integer> list = Arrays.asList(1,2,3,4,5,6,7);
for(Integer n : list) {
    int x = n * n;
    System.out.println(x);
}

//New way:
List<Integer> list = Arrays.asList(1,2,3,4,5,6,7);
list.stream().map((x) -> x*x).forEach(System.out::println);

下面的例子會計算給定數值中每個元素平方後的總和。請注意，Lambda 表示式只用一條語句就能達到此功能，這也是 MapReduce 的一個初級例子。我們使用 map() 給每個元素求平方，再使用 reduce() 將所有元素計入一個數值：

//Old way:
List<Integer> list = Arrays.asList(1,2,3,4,5,6,7);
int sum = 0;
for(Integer n : list) {
    int x = n * n;
    sum = sum + x;
}
System.out.println(sum);

//New way:
List<Integer> list = Arrays.asList(1,2,3,4,5,6,7);
int sum = list.stream().map(x -> x*x).reduce((x,y) -> x + y).get();
System.out.println(sum);

Lambda 表示式與匿名類的區別

使用匿名類與 Lambda 表示式的一大區別在於關鍵詞的使用。對於匿名類，關鍵詞 this 解讀為匿名類，而對於 Lambda 表示式，關鍵詞 this 解讀為寫就 Lambda 的外部類。

Lambda 表示式與匿名類的另一不同在於兩者的編譯方法。Java 編譯器編譯 Lambda 表示式並將他們轉化為類裡面的私有函式，它使用 Java 7 中新加的 invokedynamic 指令動態繫結該方法，關於 Java 如何將 Lambda 表示式編譯為位元組碼，Tal Weiss 寫了一篇很好的文章。

到此為止啦，親們！

Mark Reinhold，甲骨文的首席架構師，將 Lambda 表示式描述為該程式設計模型最大的提升——比泛型(generics)還強大。事實的確如此，Lambda 表示式賦予了 Java 程式設計師相較於其他函數語言程式設計語言缺失的特性，結合虛擬擴充套件方法之類的特性，Lambda 表示式能寫出一些極好的程式碼。

希望這篇文章能讓您對 Java 8 的新特性所有了解。

OneAPM for Java 能夠深入到所有 Java 應用內部完成應用效能管理和監控，包括程式碼級別效能問題的可見性、效能瓶頸的快速識別與追溯、真實使用者體驗監控、伺服器監控和端到端的應用效能管理。想閱讀更多技術文章，請訪問 OneAPM 官方部落格。