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day07【Lambda、函数式接口、Stream流】
主要内容
- Lambda表达式
- 函数式接口
- Stream流
教学目标
- 能够理解函数式编程相对于面向对象的优点
- 能够掌握Lambda表达式的标准格式
- 能够掌握Lambda表达式的省略格式与规则
- 能够使用Consumer<T>函数式接口
- 能够使用Predicate<T>函数式接口
- 能够理解流与集合相比的优点
- 能够掌握常用的流操作
第一章 Lambda表达式
1.1 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。
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。
1.2 Lambda的优化
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。
传统写法,代码如下：
public class Demo03Thread {
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();
}
}
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。
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。
Lambda表达式写法,代码如下：
借助Java 8的全新语法，上述Runnable接口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 Demo04LambdaRunnable {
public static void main(String[] args) {
new Thread(() -> System.out.println("多线程任务执行！")).start(); // 启动线程
}
}
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。从代码的语义中可以看出：我们启动了一个线程，而线程任务的内容以一种更加简洁的形式被指定。
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！
1.3 Lambda的格式
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。
匿名内部类与lambda对比:
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("多线程任务执行！");
}
}).start();
仔细分析该代码中，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（其实就是一个方法）：
- 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。
参数和返回值:
下面举例演示java.util.Comparator<T>接口的使用场景代码，其中的抽象方法定义为：
public abstract int compare(T o1, T o2);
当需要对一个对象数组进行排序时，Arrays.sort方法需要一个Comparator接口实例来指定排序的规则。假设有一个Person类，含有String name和int age两个成员变量：
public class Person {
private String name;
private int age;
// 省略构造器、toString方法与Getter Setter
}
传统写法
如果使用传统的代码对Person[]数组进行排序，写法如下：
public class Demo05Comparator {
public static void main(String[] args) {
// 本来年龄乱序的对象数组
Person[] array = { new Person("古力娜扎", 19), new Person("迪丽热巴", 18), new Person("马尔扎哈", 20) };
// 匿名内部类
Comparator<Person> comp = new Comparator<Person>() {
@Override
public int compare(Person o1, Person o2) {
return o1.getAge() - o2.getAge();
}
};
Arrays.sort(array, comp); // 第二个参数为排序规则，即Comparator接口实例
for (Person person : array) {
System.out.println(person);
}
}
}
这种做法在面向对象的思想中，似乎也是“理所当然”的。其中Comparator接口的实例（使用了匿名内部类）代表了“按照年龄从小到大”的排序规则。
代码分析
下面我们来搞清楚上述代码真正要做什么事情。
- 为了排序，
Arrays.sort方法需要排序规则，即Comparator接口的实例，抽象方法compare是关键； - 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； - 实际上，只有参数和方法体才是关键。
Lambda写法
public class Demo06ComparatorLambda {
public static void main(String[] args) {
Person[] array = {
new Person("古力娜扎", 19),
new Person("迪丽热巴", 18),
new Person("马尔扎哈", 20) };
Arrays.sort(array, (Person a, Person b) -> {
return a.getAge() - b.getAge();
});
for (Person person : array) {
System.out.println(person);
}
}
}
省略格式:
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，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。
备注：掌握这些省略规则后，请对应地回顾本章开头的多线程案例。
可推导即可省略
Lambda强调的是“做什么”而不是“怎么做”，所以凡是可以推导得知的信息，都可以省略。例如上例还可以使用Lambda的省略写法：
Runnable接口简化:
1. () -> System.out.println("多线程任务执行！")
Comparator接口简化:
2. Arrays.sort(array, (a, b) -> a.getAge() - b.getAge());
1.4 Lambda的前提条件
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：
- 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。 - 使用Lambda必须具有接口作为方法参数。 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”。
第二章 函数式接口
2.1 概述
函数式接口在Java中是指：有且仅有一个抽象方法的接口。
函数式接口，即适用于函数式编程场景的接口。而Java中的函数式编程体现就是Lambda，所以函数式接口就是可以适用于Lambda使用的接口。只有确保接口中有且仅有一个抽象方法，Java中的Lambda才能顺利地进行推导。
备注:从应用层面来讲，Java中的Lambda可以看做是匿名内部类的简化格式，但是二者在原理上不同。
格式
只要确保接口中有且仅有一个抽象方法即可：
修饰符 interface 接口名称 {
public abstract 返回值类型 方法名称(可选参数信息);
// 其他非抽象方法内容
}
由于接口当中抽象方法的public abstract是可以省略的，所以定义一个函数式接口很简单：
public interface MyFunctionalInterface {
void myMethod();
}
自定义函数式接口
对于刚刚定义好的MyFunctionalInterface函数式接口，典型使用场景就是作为方法的参数：
public class Demo07FunctionalInterface {
// 使用自定义的函数式接口作为方法参数
private static void doSomething(MyFunctionalInterface inter) {
inter.myMethod(); // 调用自定义的函数式接口方法
}
public static void main(String[] args) {
// 调用使用函数式接口的方法
doSomething(() -> System.out.println("Lambda执行啦！"));
}
}
FunctionalInterface注解
与@Override注解的作用类似，Java 8中专门为函数式接口引入了一个新的注解：@FunctionalInterface。该注解可用于一个接口的定义上：
@FunctionalInterface
public interface MyFunctionalInterface {
void myMethod();
}
一旦使用该注解来定义接口，编译器将会强制检查该接口是否确实有且仅有一个抽象方法，否则将会报错。不过，即使不使用该注解，只要满足函数式接口的定义，这仍然是一个函数式接口，使用起来都一样。
2.2 常用函数式接口
JDK提供了大量常用的函数式接口以丰富Lambda的典型使用场景，它们主要在java.util.function包中被提供。下面是两个常用的函数式接口及使用示例。
Consumer接口
java.util.function.Consumer<T>接口，是消费一个数据，其数据类型由泛型参数决定。
抽象方法：accept
Consumer接口中包含抽象方法void accept(T t): 消费一个指定泛型的数据。
基本使用如：
//给你一个字符串,请按照大写的方式进行消费
import java.util.function.Consumer;
public class Demo08Consumer {
public static void main(String[] args) {
String str = "Hello World";
//1.lambda表达式标准格式
fun(str,(String s)->{
System.out.println(s.toUpperCase());
});
//2.lambda表达式简化格式
fun(str,s-> System.out.println(s.toUpperCase()));
}
/*
定义方法,使用Consumer接口作为参数
fun方法: 消费一个String类型的变量
*/
public static void fun(String s,Consumer<String> con) {
con.accept(s);
}
}
Predicate接口
有时候我们需要对某种类型的数据进行判断，从而得到一个boolean值结果。这时可以使用java.util.function.Predicate<T>接口。
抽象方法：test
Predicate接口中包含一个抽象方法：boolean test(T t)。用于条件判断的场景：
//1.练习:判断字符串长度是否大于5
//2.练习:判断字符串是否包含"H"
public class Demo09Predicate {
private static void method(Predicate<String> predicate,String str) {
boolean veryLong = predicate.test(str);
System.out.println("字符串很长吗：" + veryLong);
}
public static void main(String[] args) {
method(s -> s.length() > 5, "HelloWorld");
}
}
条件判断的标准是传入的Lambda表达式逻辑，只要字符串长度大于5则认为很长。
第三章 Stream流
在Java 8中，得益于Lambda所带来的函数式编程，引入了一个全新的Stream概念，用于解决已有集合类库既有的弊端。
3.1 引言
传统集合的多步遍历代码
几乎所有的集合（如Collection接口或Map接口等）都支持直接或间接的遍历操作。而当我们需要对集合中的元素进行操作的时候，除了必需的添加、删除、获取外，最典型的就是集合遍历。例如：
public class Demo10ForEach {
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("张无忌");
list.add("周芷若");
list.add("赵敏");
list.add("张强");
list.add("张三丰");
for (String name : list) {
System.out.println(name);
}
}
}
这是一段非常简单的集合遍历操作：对集合中的每一个字符串都进行打印输出操作。
循环遍历的弊端
Java 8的Lambda让我们可以更加专注于做什么（What），而不是怎么做（How），这点此前已经结合内部类进行了对比说明。现在，我们仔细体会一下上例代码，可以发现：
- for循环的语法就是“怎么做”
- for循环的循环体才是“做什么”
为什么使用循环？因为要进行遍历。但循环是遍历的唯一方式吗？遍历是指每一个元素逐一进行处理，而并不是从第一个到最后一个顺次处理的循环。前者是目的，后者是方式。
试想一下，如果希望对集合中的元素进行筛选过滤：
- 将集合A根据条件一过滤为子集B；
- 然后再根据条件二过滤为子集C。
那怎么办？在Java 8之前的做法可能为：
这段代码中含有三个循环，每一个作用不同：
- 首先筛选所有姓张的人；
- 然后筛选名字有三个字的人；
- 最后进行对结果进行打印输出。
public class Demo11NormalFilter {
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("张无忌");
list.add("周芷若");
list.add("赵敏");
list.add("张强");
list.add("张三丰");
List<String> zhangList = new ArrayList<>();
for (String name : list) {
if (name.startsWith("张")) {
zhangList.add(name);
}
}
List<String> shortList = new ArrayList<>();
for (String name : zhangList) {
if (name.length() == 3) {
shortList.add(name);
}
}
for (String name : shortList) {
System.out.println(name);
}
}
}
每当我们需要对集合中的元素进行操作的时候，总是需要进行循环、循环、再循环。这是理所当然的么？**不是。**循环是做事情的方式，而不是目的。另一方面，使用线性循环就意味着只能遍历一次。如果希望再次遍历，只能再使用另一个循环从头开始。
那，Lambda的衍生物Stream能给我们带来怎样更加优雅的写法呢？
Stream的更优写法
下面来看一下借助Java 8的Stream API，什么才叫优雅：
public class Demo12StreamFilter {
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("张无忌");
list.add("周芷若");
list.add("赵敏");
list.add("张强");
list.add("张三丰");
list.stream()
.filter(s -> s.startsWith("张"))
.filter(s -> s.length() == 3)
.forEach(s -> System.out.println(s));
}
}
直接阅读代码的字面意思即可完美展示无关逻辑方式的语义：获取流、过滤姓张、过滤长度为3、逐一打印。代码中并没有体现使用线性循环或是其他任何算法进行遍历，我们真正要做的事情内容被更好地体现在代码中。
3.2 流式思想概述
注意：请暂时忘记对传统IO流的固有印象！
整体来看，流式思想类似于工厂车间的“生产流水线”。
当需要对多个元素进行操作（特别是多步操作）的时候，考虑到性能及便利性，我们应该首先拼好一个“模型”步骤方案，然后再按照方案去执行它。
这张图中展示了过滤、映射、跳过、计数等多步操作，这是一种集合元素的处理方案，而方案就是一种“函数模型”。图中的每一个方框都是一个“流”，调用指定的方法，可以从一个流模型转换为另一个流模型。而最右侧的数字3是最终结果。
这里的filter、map、skip都是在对函数模型进行操作，集合元素并没有真正被处理。只有当终结方法count执行的时候，整个模型才会按照指定策略执行操作。而这得益于Lambda的延迟执行特性。
备注：“Stream流”其实是一个集合元素的函数模型，它并不是集合，也不是数据结构，其本身并不存储任何元素（或其地址值）。
3.3 获取流方式
java.util.stream.Stream<T>是Java 8新加入的最常用的流接口。（这并不是一个函数式接口。）
获取一个流非常简单，有以下几种常用的方式：
- 所有的
Collection集合都可以通过stream默认方法获取流； Stream接口的静态方法of可以获取数组对应的流。
方式1 : 根据Collection获取流
首先，java.util.Collection接口中加入了default方法stream用来获取流，所以其所有实现类均可获取流。
import java.util.*;
import java.util.stream.Stream;
/*
获取Stream流的方式
1.Collection中 方法
Stream stream()
2.Stream接口 中静态方法
of(T...t) 向Stream中添加多个数据
*/
public class Demo13GetStream {
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList<>();
// ...
Stream<String> stream1 = list.stream();
Set<String> set = new HashSet<>();
// ...
Stream<String> stream2 = set.stream();
}
}
方式2: 根据数组获取流
如果使用的不是集合或映射而是数组，由于数组对象不可能添加默认方法，所以Stream接口中提供了静态方法of，使用很简单：
import java.util.stream.Stream;
public class Demo14GetStream {
public static void main(String[] args) {
String[] array = { "张无忌", "张翠山", "张三丰", "张一元" };
Stream<String> stream = Stream.of(array);
}
}
备注：
of方法的参数其实是一个可变参数，所以支持数组。
3.4 常用方法
流模型的操作很丰富，这里介绍一些常用的API。这些方法可以被分成两种：
- 终结方法：返回值类型不再是
Stream接口自身类型的方法，因此不再支持类似StringBuilder那样的链式调用。本小节中，终结方法包括count和forEach方法。 - 非终结方法：返回值类型仍然是
Stream接口自身类型的方法，因此支持链式调用。（除了终结方法外，其余方法均为非终结方法。）
备注：本小节之外的更多方法，请自行参考API文档。
forEach : 逐一处理
虽然方法名字叫forEach，但是与for循环中的“for-each”昵称不同，该方法并不保证元素的逐一消费动作在流中是被有序执行的。
void forEach(Consumer<? super T> action);
该方法接收一个Consumer接口函数，会将每一个流元素交给该函数进行处理。例如：
import java.util.stream.Stream;
public class Demo15StreamForEach {
public static void main(String[] args) {
Stream<String> stream = Stream.of("大娃","二娃","三娃","四娃","五娃","六娃","七娃","爷爷","蛇精","蝎子精");
//Stream<String> stream = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
stream.forEach((String str)->{System.out.println(str);});
}
}
在这里，lambda表达式(String str)->{System.out.println(str);}就是一个Consumer函数式接口的示例。
filter：过滤
可以通过filter方法将一个流转换成另一个子集流。方法声明：
Stream<T> filter(Predicate<? super T> predicate);
该接口接收一个Predicate函数式接口参数（可以是一个Lambda）作为筛选条件。
基本使用
Stream流中的filter方法基本使用的代码如：
public class Demo16StreamFilter {
public static void main(String[] args) {
Stream<String> original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
Stream<String> result = original.filter((String s) -> {return s.startsWith("张");});
}
}
在这里通过Lambda表达式来指定了筛选的条件：必须姓张。
count：统计个数
正如旧集合Collection当中的size方法一样，流提供count方法来数一数其中的元素个数：
long count();
该方法返回一个long值代表元素个数（不再像旧集合那样是int值）。基本使用：
public class Demo17StreamCount {
public static void main(String[] args) {
Stream<String> original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
Stream<String> result = original.filter(s -> s.startsWith("张"));
System.out.println(result.count()); // 2
}
}
limit：取用前几个
limit方法可以对流进行截取，只取用前n个。方法签名：
Stream<T> limit(long maxSize):获取Stream流对象中的前n个元素,返回一个新的Stream流对象
参数是一个long型，如果集合当前长度大于参数则进行截取；否则不进行操作。基本使用：
import java.util.stream.Stream;
public class Demo18StreamLimit {
public static void main(String[] args) {
Stream<String> original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
Stream<String> result = original.limit(2);
System.out.println(result.count()); // 2
}
}
skip：跳过前几个
如果希望跳过前几个元素，可以使用skip方法获取一个截取之后的新流：
Stream<T> skip(long n): 跳过Stream流对象中的前n个元素,返回一个新的Stream流对象
如果流的当前长度大于n，则跳过前n个；否则将会得到一个长度为0的空流。基本使用：
import java.util.stream.Stream;
public class Demo19StreamSkip {
public static void main(String[] args) {
Stream<String> original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
Stream<String> result = original.skip(2);
System.out.println(result.count()); // 1
}
}
concat：组合
如果有两个流，希望合并成为一个流，那么可以使用Stream接口的静态方法concat：
static <T> Stream<T> concat(Stream<? extends T> a, Stream<? extends T> b): 把参数列表中的两个Stream流对象a和b,合并成一个新的Stream流对象
备注：这是一个静态方法，与
java.lang.String当中的concat方法是不同的。
该方法的基本使用代码如：
import java.util.stream.Stream;
public class Demo20StreamConcat {
public static void main(String[] args) {
Stream<String> streamA = Stream.of("张无忌");
Stream<String> streamB = Stream.of("张翠山");
Stream<String> result = Stream.concat(streamA, streamB);
}
}
4.5 Stream综合案例
现在有两个ArrayList集合存储队伍当中的多个成员姓名，要求使用传统的for循环（或增强for循环）依次进行以下若干操作步骤：
- 第一个队伍只要名字为3个字的成员姓名；
- 第一个队伍筛选之后只要前3个人；
- 第二个队伍只要姓张的成员姓名；
- 第二个队伍筛选之后不要前2个人；
- 将两个队伍合并为一个队伍；
- 打印整个队伍的姓名信息。
两个队伍（集合）的代码如下：
public class Demo21ArrayListNames {
public static void main(String[] args) {
List<String> one = new ArrayList<>();
one.add("迪丽热巴");
one.add("宋远桥");
one.add("苏星河");
one.add("老子");
one.add("庄子");
one.add("孙子");
one.add("洪七公");
List<String> two = new ArrayList<>();
two.add("古力娜扎");
two.add("张无忌");
two.add("张三丰");
two.add("赵丽颖");
two.add("张二狗");
two.add("张天爱");
two.add("张三");
// ....
}
}
传统方式
使用for循环 , 示例代码:
public class Demo22ArrayListNames {
public static void main(String[] args) {
List<String> one = new ArrayList<>();
// ...
List<String> two = new ArrayList<>();
// ...
// 第一个队伍只要名字为3个字的成员姓名；
List<String> oneA = new ArrayList<>();
for (String name : one) {
if (name.length() == 3) {
oneA.add(name);
}
}
// 第一个队伍筛选之后只要前3个人；
List<String> oneB = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 3; i++) {
oneB.add(oneA.get(i));
}
// 第二个队伍只要姓张的成员姓名；
List<String> twoA = new ArrayList<>();
for (String name : two) {
if (name.startsWith("张")) {
twoA.add(name);
}
}
// 第二个队伍筛选之后不要前2个人；
List<String> twoB = new ArrayList<>();
for (int i = 2; i < twoA.size(); i++) {
twoB.add(twoA.get(i));
}
// 将两个队伍合并为一个队伍；
List<String> totalNames = new ArrayList<>();
totalNames.addAll(oneB);
totalNames.addAll(twoB);
// 打印整个队伍的姓名信息。
for (String name : totalNames) {
System.out.println(name);
}
}
}
运行结果为：
宋远桥
苏星河
洪七公
张二狗
张天爱
张三
Stream方式
等效的Stream流式处理代码为：
public class Demo23StreamNames {
public static void main(String[] args) {
List<String> one = new ArrayList<>();
// ...
List<String> two = new ArrayList<>();
// ...
// 第一个队伍只要名字为3个字的成员姓名；
// 第一个队伍筛选之后只要前3个人；
Stream<String> streamOne = one.stream().filter(s -> s.length() == 3).limit(3);
// 第二个队伍只要姓张的成员姓名；
// 第二个队伍筛选之后不要前2个人；
Stream<String> streamTwo = two.stream().filter(s -> s.startsWith("张")).skip(2);
// 将两个队伍合并为一个队伍；
// 根据姓名创建Person对象；
// 打印整个队伍的Person对象信息。
Stream.concat(streamOne, streamTwo).forEach(s->System.out.println(s));
}
}
运行效果完全一样：
宋远桥
苏星河
洪七公
张二狗
张天爱
张三
4.6 函数拼接与终结方法[了解]
在上述介绍的各种方法中，凡是返回值仍然为Stream接口的为函数拼接方法，它们支持链式调用；而返回值不再为Stream接口的为终结方法，不再支持链式调用。如下表所示：
| 方法名 | 方法作用 | 方法种类 | 是否支持链式调用 |
|---|---|---|---|
| count | 统计个数 | 终结 | 否 |
| forEach | 逐一处理 | 终结 | 否 |
| filter | 过滤 | 函数拼接 | 是 |
| limit | 取用前几个 | 函数拼接 | 是 |
| skip | 跳过前几个 | 函数拼接 | 是 |
| concat | 组合 | 函数拼接 | 是 |