Lambda表达式作为一种函数式编程的概念，最早在Lisp语言中出现。然而，Java作为一门面向对象的编程语言，在早期的版本中并没有提供对Lambda表达式的支持。直到Java 8的发布，Lambda表达式才被正式引入Java语言。
Lambda表达式在当代编程中的重要性不言而喻。首先，它提供了一种更加简洁、直观的代码书写方式，使得代码更加易于理解和维护。通过Lambda表达式，我们可以将原本复杂的匿名内部类简化为一行代码，大大提高了代码的可读性。
其次，Lambda表达式使得函数式编程在Java中得以实现。函数式编程是一种编程范式，它将计算过程抽象为函数的应用，强调在不可变数据上的操作。Lambda表达式与Java中的集合操作（如Stream API）相结合，使得数据处理变得更加高效和简洁。
此外，Lambda表达式也推动了Java语言的发展。在Java 8之后，Java社区陆续推出了一些新特性，如Optional、CompletableFuture等，这些新特性与Lambda表达式相结合，使得Java在处理异步编程、异常处理等方面变得更加强大。
Java Lambda
Lambda表达式是Java 8中引入的一种新的编程元素，它允许我们将代码块作为数据传递。Lambda表达式本质上是一个匿名函数，它没有名称，但它有参数列表、函数主体和返回类型。Lambda表达式可以简化代码，提高代码的可读性，并且可以用于实现函数式编程。
Lambda表达式的定义和基本语法
Lambda表达式的语法如下：
(parameters) -> expression
或
(parameters) -> { statements; }- 参数列表：Lambda表达式的参数列表可以包含零个、一个或多个参数，参数类型可以省略，因为编译器能够根据上下文推断出参数的类型，这称为类型推断。
- 箭头操作符：箭头操作符
->将参数列表与Lambda主体隔开。 - Lambda主体：Lambda主体可以是一个表达式或一个代码块。如果是一个表达式，那么表达式的值会自动作为返回值；如果是一个代码块，那么必须使用
return语句来返回值。
与匿名内部类的比较
我们可以使用匿名内部类（一种在声明的同时直接实例化的类）来实现函数式接口（只有一个抽象方法的接口）。Lambda表达式提供了一种更简洁的方式来完成相同的工作。
例如，下面是一个使用匿名内部类和一个Lambda表达式的比较：
// 使用匿名内部类
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("Hello, world!");
}
}).start();
// 使用Lambda表达式
new Thread(() -> System.out.println("Hello, world!")).start();Lambda表达式与匿名内部类相比，有以下几个主要区别：
编译方式
- 匿名内部类：在编译时期，编译器会为每个匿名内部类生成一个独立的.class文件。
- Lambda表达式：编译器不会为Lambda表达式生成单独的.class文件。相反，它会使用Java 7中引入的
invokedynamic指令，在运行时动态链接方法调用。
实现
- 匿名内部类：需要实现接口中的所有方法，即使该方法只是简单调用超类的方法。
- Lambda表达式：只关注实现单一抽象方法（SAM），代码更加简洁。
运行时
- 匿名内部类：作为.class文件存在，会被JVM加载和实例化。
- Lambda表达式：在运行时，JVM使用ASM字节码操作工具动态生成一个类来封装Lambda表达式。这些生成的类通常以
$$Lambda$开头。
Lambda工作原理
Lambda表达式的工作原理涉及到了动态调用机制和字节码层面的操作。当Java程序中使用了Lambda表达式时，编译器首先会将其转换为一个特定的工厂方法，这个方法封装了Lambda表达式的实现细节，并作为静态方法存在于一个辅助类中。然而，真正使Lambda表达式得以高效工作的是invokedynamic这一Java 7引入的新字节码指令。该指令使得方法调用能够在运行时动态解析，这对于Lambda表达式的实现至关重要。
当JVM遇到invokedynamic指令时，它会调用一个预先定义好的引导方法，这个引导方法利用ASM（Apache Software Foundation的字节码操控和分析框架）库来动态生成一个类。这个类实现了与Lambda表达式相关的函数式接口，并且包含了Lambda表达式的具体实现逻辑。动态生成的类具备一个默认的构造函数及实现了该函数式接口中的抽象方法。这些类通常以$$Lambda$加上一系列唯一标识符的方式命名，以确保其唯一性。
通过这种方式，Lambda表达式不仅能够在运行时确定具体的行为，而且还能利用JVM的即时编译器进行优化，从而提升性能。这种方法避免了传统匿名内部类的冗余，并且使得Lambda表达式的使用既简洁又高效。
Lambda的类型推断机制
Lambda表达式的类型推断机制使得我们可以在不显式指定参数类型的情况下编写Lambda表达式。编译器会根据上下文自动推断参数的类型。例如，在下面的代码中，编译器会自动推断出str的类型为String：
List<String> list = new ArrayList<>();
list.forEach(str -> System.out.println(str));在这个例子中，forEach方法接受一个Consumer<T>类型的参数，其中T是泛型参数。编译器会根据list的类型List<String>推断出str的类型为String。
函数式接口
函数式接口是Java 8引入的一个核心概念，它是Lambda表达式的基础。函数式接口是一种只有一个抽象方法的接口，它可以有多个默认方法或静态方法。这样的接口可以被视为 Lambda 表达式的类型，因为 Lambda 表达式本质上就是提供一个抽象方法的实现。
什么是函数式接口
在Java中，任何接口如果只有一个抽象方法，那么它就是一个函数式接口。这个概念在java.util.function包中得到了广泛的应用。使用函数式接口可以让Lambda表达式与现有的Java API兼容。例如，下面是一个简单的函数式接口定义：
@FunctionalInterface
interface ActionListener {
void actionPerformed(ActionEvent e);
}在这个接口中，@FunctionalInterface注解是可选的，但它可以用来指示这个接口是函数式接口，如果接口中定义了多个抽象方法，编译器会报错。
Java标准库中的常用函数式接口
Java标准库中定义了许多常用的函数式接口，这些接口位于java.util.function包下。以下是一些常用的函数式接口：
Predicate<T>：接受一个泛型参数，返回一个布尔值。通常用于测试对象是否满足某种条件。Function<T, R>：接受一个泛型参数，返回一个结果。用于将输入的参数转换成另一种形式。Consumer<T>：接受一个泛型参数，无返回值。用于执行某种操作。Supplier<T>：不接受参数，返回一个泛型参数。用于提供数据源。UnaryOperator<T>：接受一个泛型参数，返回同类型的结果。用于对对象进行某种操作。BinaryOperator<T>：接受两个同类型的泛型参数，返回一个同类型的结果。用于合并两个同类型的对象。
自定义函数式接口
除了使用Java标准库中提供的函数式接口外，我们还可以根据需要自定义函数式接口。
假设我们需要一个名为PowerCalculator的函数式接口，它包含一个方法用于计算一个数的幂。
首先，我们定义PowerCalculator接口：
@FunctionalInterface
public interface PowerCalculator {
double calculatePower(double base, int exponent);
}在这个接口中，我们使用了@FunctionalInterface注解来标记它是一个函数式接口。这意味着这个接口只能有一个抽象方法。calculatePower方法接受一个基数（base）和一个指数（exponent），并返回计算结果。
接下来，我们可以在一个类中使用这个接口：
查看代码
public class MathOperations {
public static void main(String[] args) {
// 使用Lambda表达式实现PowerCalculator接口
PowerCalculator square = (base, exponent) -> Math.pow(base, exponent);
// 计算并打印结果
double result = square.calculatePower(4, 2); // 计算4的平方
System.out.println("4^2 = " + result);
// 使用另一个Lambda表达式来计算立方
PowerCalculator cube = (base, exponent) -> Math.pow(base, exponent);
result = cube.calculatePower(3, 3); // 计算3的立方
System.out.println("3^3 = " + result);
// 使用方法引用
PowerCalculator powerOfTwo = Math::pow;
result = powerOfTwo.calculatePower(5, 2); // 计算5的平方
System.out.println("5^2 = " + result);
}
}在上面的例子中，我们定义了两个Lambda表达式square和cube，它们分别用于计算平方和立方。我们还展示了如何使用方法引用Math::pow来实现PowerCalculator接口，它直接引用了Math类的pow方法。
双冒号 ::
在 Java 中，双冒号 :: 是一种操作符，它主要用于方法引用和构造器引用。这个操作符在 Java 8 中被引入，与 lambda 表达式一起，提供了更简洁的方式来处理函数式接口。
方法引用
方法引用是一种语法糖，它允许我们直接引用一个已经存在的方法，而无需编写 lambda 表达式。方法引用有四种基本形式：
静态方法引用：
类名::静态方法名javaConsumer<String> printer = System.out::println;实例方法引用：
实例对象::实例方法名javaString str = "Hello, World!"; Predicate<String> isEmpty = str::isEmpty;特定类型的方法引用：
类名::实例方法名这通常用于将一个方法引用绑定到特定类型的实例上，其中实例类型是方法的第一个参数类型。
javaFunction<String, Integer> stringToInt = Integer::valueOf;超类方法引用：
超类名::实例方法名这用于引用来自超类的方法。
javaclass Child extends Parent { void useSuperMethodReference() { Consumer<String> consumer = super::printMessage; } }
构造器引用
构造器引用允许我们直接引用一个类的构造器，这通常用于函数式接口中，其抽象方法的参数列表与构造器的参数列表相匹配。
- 无参构造器引用：
类名::newjavaSupplier<Apple> appleSupplier = Apple::new; - 带参构造器引用：
类名::newjava在这个例子中，Function<Integer, Apple> appleCreator = Apple::new;Apple类必须有一个接受一个Integer参数的构造器。
使用场景
方法引用和构造器引用通常与函数式接口结合使用，例如在 Stream API、Comparator、Function、Predicate 等接口中。
示例
在 Java 中，当我们需要传递一个方法作为参数给另一个方法时，可以使用 lambda 表达式或者方法引用。
使用 Lambda 表达式
假设我们有一个 List 的 Person 对象，并且我们想要对每个 Person 对象进行一些操作。
查看代码
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.function.Consumer;
class Person {
private String name;
private int age;
public Person(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
public String getName() {
return name;
}
public int getAge() {
return age;
}
}
public class LambdaExample {
public static void main(String[] args) {
List<Person> people = Arrays.asList(
new Person("Alice", 30),
new Person("Bob", 25),
new Person("Charlie", 35)
);
// 使用 forEach() 和 lambda 表达式打印每个人的名字
people.forEach(person -> System.out.println(person.getName()));
// 使用 map() 和 lambda 表达式转换每个人的名字为大写
List<String> upperCaseNames = people.stream()
.map(person -> person.getName().toUpperCase())
.collect(Collectors.toList());
// 打印转换后的名字列表
upperCaseNames.forEach(name -> System.out.println(name));
}
}使用方法引用
同样的操作可以使用方法引用来完成，使得代码更加简洁。
查看代码
import java.util.stream.Collectors;
// ... (Person 类和 people 列表的定义同上)
public class MethodReferenceExample {
public static void main(String[] args) {
List<Person> people = Arrays.asList(
new Person("Alice", 30),
new Person("Bob", 25),
new Person("Charlie", 35)
);
// 使用方法引用打印每个人的名字
people.forEach(Person::printName);
// 使用方法引用转换每个人的名字为大写
List<String> upperCaseNames = people.stream()
.map(Person::getName)
.map(String::toUpperCase)
.collect(Collectors.toList());
// 打印转换后的名字列表
upperCaseNames.forEach(System.out::println);
}
}
// 在 Person 类中添加一个静态方法用于打印名字
class Person {
// ... (其他成员和方法)
public static void printName(Person person) {
System.out.println(person.getName());
}
}在这个例子中，Person::printName 是一个静态方法引用，它指向 Person 类的 printName 方法。同样，Person::getName 是一个实例方法引用，它指向 Person 类的 getName 方法。String::toUpperCase 是一个特定类型的方法引用，它指向 String 类的 toUpperCase 方法。
Lambda表达式的高级应用
Lambda表达式在Java中的应用非常广泛，它不仅仅是一个简单的语法糖。Lambda表达式与Java的一些高级特性结合使用，可以大大提高开发效率和代码性能。
在集合操作中的应用
Lambda表达式与Java 8引入的Stream API紧密相关。Stream API提供了一种新的抽象层次，用于处理集合，使得数据处理变得更加简洁和高效。Lambda表达式可以用于Stream API中的各种方法，如filter, map, reduce等。
List<String> strings = Arrays.asList("hello", "world", "lambda", "java");
strings.stream()
.filter(s -> s.contains("a")) // 使用Lambda表达式进行过滤
.map(String::toUpperCase) // 使用方法引用进行映射
.forEach(System.out::println); // 使用方法引用进行消费在上面的例子中，我们使用Lambda表达式来过滤包含字母"a"的字符串，然后将这些字符串转换为大写，并打印出来。这种链式调用方式使得代码更加清晰和易于理解。
并发编程中的应用
Lambda表达式也可以用于Java的并发编程中。例如，我们可以使用CompletableFuture来创建异步任务，并使用Lambda表达式来定义任务的执行逻辑和完成后的回调逻辑。
CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture.runAsync(() -> {
// 异步执行的任务
System.out.println("Running in a separate thread: " + Thread.currentThread().getName());
});
future.thenRun(() -> {
// 任务完成后执行的回调
System.out.println("Task completed: " + Thread.currentThread().getName());
});在上面的例子中，runAsync方法接受一个Runnable类型的Lambda表达式，用于异步执行。thenRun方法接受一个同样类型的Lambda表达式，用于在异步任务完成后执行。
性能考量
Lambda表达式在Java中的应用极大地提高了开发效率和代码的简洁性，但它对性能的影响也是开发者需要考虑的因素。
Lambda表达式对性能的影响
Lambda表达式本身并不会直接导致性能问题，但在某些情况下，不恰当的使用可能会影响性能。例如，在循环中使用Lambda表达式创建大量的临时对象，可能会导致频繁的垃圾回收，从而影响性能。
List<String> list = Arrays.asList("a", "b", "c");
for (String s : list) {
// 每次循环都会创建一个新的Lambda表达式对象
doSomething(() -> System.out.println(s));
}在上面的代码中，每次循环都会创建一个新的Lambda表达式对象，这可能会导致不必要的性能开销。为了避免这种情况，可以将Lambda表达式提取到循环外部，或者使用方法引用。
何时使用Lambda表达式
Lambda表达式在以下情况下特别有用：
- 函数式接口：当需要使用函数式接口时，Lambda表达式提供了一种简洁的写法。
- 集合操作：在处理集合时，Lambda表达式与Stream API结合使用，可以写出高效且易于理解的数据处理代码。
- 事件处理：在GUI编程中，Lambda表达式可以用于简化事件处理代码。
- 并发编程：在创建和管理异步任务时，Lambda表达式可以与
CompletableFuture等并发工具类结合使用。