Введение в лямбда-выражения
Среди новшеств, которые были привнесены в язык Java с выходом JDK 8, особняком стоят лямбда-выражения. Лямбда представляет набор инструкций, которые можно выделить в отдельную переменную и затем многократно вызвать в различных местах программы.
Основу лямбда-выражения составляет лямбда-оператор, который представляет стрелку ->. Этот оператор разделяет лямбда-выражение на две части: левая часть содержит список параметров выражения, а правая собственно представляет тело лямбда-выражения, где выполняются все действия.
Лямбда-выражение не выполняется само по себе, а образует реализацию метода, определенного в функциональном интерфейсе. При этом важно, что функциональный интерфейс должен содержать только один единственный метод без реализации.
Рассмотрим пример:
public class LambdaApp {
public static void main(String[] args) {
Operationable operation;
operation = (x, y) -> x + y;
int result = operation.calculate(10, 20);
System.out.println(result); // 30
}
}
interface Operationable {
int calculate(int x, int y);
}
В роли функционального интерфейса выступает интерфейс Operationable, в котором определен один метод без реализации - метод calculate. Данный метод принимает два параметра - целых числа, и возвращает некоторое целое число.
По факту лямбда-выражения являются в некотором роде сокращенной формой внутренних анонимных классов, которые ранее применялись в Java. В частности, предыдущий пример мы можем переписать следующим образом:
public class LambdaApp {
public static void main(String[] args) {
Operationable op = new Operationable() {
public int calculate(int x, int y) {
return x + y;
}
};
int z = op.calculate(20, 10);
System.out.println(z); // 30
}
}
interface Operationable {
int calculate(int x, int y);
}
Чтобы объявить и использовать лямбда-выражение, основная программа разбивается на ряд этапов:
Определение ссылки на функциональный интерфейс:
Operationable operation;
Создание лямбда-выражения:
operation = (x, y) -> x + y;
Причем параметры лямбда-выражения соответствуют параметрам единственного метода интерфейса Operationable, а результат соответствует возвращаемому результату метода интерфейса. При этом нам не надо использовать ключевое слово return для возврата результата из лямбда-выражения.
Так, в методе интерфейса оба параметра представляют тип int, значит, в теле лямбда-выражения мы можем применить к ним сложение. Результат сложения также представляет тип int, объект которого возвращается методом интерфейса.
Использование лямбда-выражения в виде вызова метода интерфейса:
int result = operation.calculate(10, 20);
Так как в лямбда-выражении определена операция сложения параметров, результатом метода будет сумма чисел 10 и 20.
При этом для одного функционального интерфейса мы можем определить множество лямбда-выражений. Например:
Operationable operation1 = (int x, int y) -> x + y;
Operationable operation2 = (int x, int y) -> x - y;
Operationable operation3 = (int x, int y) -> x * y;
System.out.println(operation1.calculate(20, 10)); // 30
System.out.println(operation2.calculate(20, 10)); // 10
System.out.println(operation3.calculate(20, 10)); // 200
Отложенное выполнение
Одним из ключевых моментов в использовании лямбд является отложенное выполнение (deferred execution). То есть мы определяем в одном месте программы лямбда-выражение и затем можем его вызывать при необходимости неопределенное количество раз в различных частях программы. Отложенное выполнение может потребоваться, к примеру, в следующих случаях:
- Выполнение кода в отдельном потоке;
- Выполнение одного и того же кода несколько раз;
- Выполнение кода в результате какого-то события;
- Выполнение кода только в том случае, когда он действительно необходим и если он необходим;
- Передача параметров в лямбда-выражение.
Параметры лямбда-выражения должны соответствовать по типу параметрам метода из функционального интерфейса. При написании самого лямбда-выражения тип параметров писать необязательно, хотя в принципе это можно сделать, например:
operation = (int x, int y) -> x + y;
Если метод не принимает никаких параметров, то пишутся пустые скобки, например:
() -> 30 + 20;
Если метод принимает только один параметр, то скобки можно опустить:
n -> n * n;
Терминальные лям бда-выражения
Выше мы рассмотрели лямбда-выражения, которые возвращают определенное значение. Но также могут быть и терминальные лямбды, которые не возвращают никакого значения. Например:
interface Printable {
void print(String s);
}
public class LambdaApp {
public static void main(String[] args) {
Printable printer = s -> System.out.println(s);
printer.print("Hello Java!");
}
}
Лямбды и локальные переменные
Лямбда-выражение может использовать переменные, которые объявлены во вне, в более общей области видимости - на уровне класса или метода, в котором лямбда-выражение определено. Однако в зависимости от того, как и где определены переменные, могут различаться способы их использования в лямбдах. Рассмотрим первый пример - использования переменных уровня класса:
public class LambdaApp {
static int x = 10;
static int y = 20;
public static void main(String[] args) {
Operation op = () -> {
x = 30;
return x + y;
};
System.out.println(op.calculate()); // 50
System.out.println(x); // 30 - значение x изменилось
}
}
interface Operation {
int calculate();
}
Переменные x и y объявлены на уровне класса, и в лямбда-выражении мы их можем получить и даже изменить. Так, в данном случае после выполнения выражения изменяется значение переменной x.
Теперь рассмотрим другой пример - локальные переменные на уровне метода:
public static void main(String[] args) {
int n = 70;
int m = 30;
Operation op = () -> {
//n = 100; - так нельзя сделать
return m + n;
};
//n = 100; - так тоже нельзя
System.out.println(op.calculate()); // 100
}
Локальные переменные уровня метода мы также можем использовать в лямбдах, но изменять их значение нельзя. Если мы попробуем это сделать, то среда разработки может нам высветить ошибку и то, что такую переменную надо пометить с помощью ключевого слова final, то есть сделать константой: final int n = 70;. Однако это необязательно.
Более того, мы не сможем изменить значение переменной, которая используется в лямбда-выражении, вне этого выражения. То есть даже если такая переменная не объявлена как константа, по сути она является константой.
Блоки кода в лямбда-выражениях
Существуют два типа лямбда-выражений: однострочное выражение и блок кода. Примеры однострочных выражений демонстрировались выше. Блочные выражения обрамляются фигурными скобками. В блочных лямбда-выражениях можно использовать внутренние вложенные блоки, циклы, конструкции if, switch, создавать переменные и т.д. Если блочное лямбда-выражение должно возвращать значение, то явным образом применяется оператор return:
Operationable operation = (int x, int y) -> {
if (y == 0)
return 0;
else
return x / y;
};
System.out.println(operation.calculate(20, 10)); // 2
System.out.println(operation.calculate(20, 0)); // 0
Обобщенный функциональный интерфейс
Функциональный интерфейс может быть обобщенным, однако в лямбда-выра жении использование обобщений не допускается. В этом случае нам надо типизировать объект интерфейса определенным типом, который потом будет применяться в лямбда-выражении. Например:
public class LambdaApp {
public static void main(String[] args) {
Operationable<Integer> operation1 = (x, y) -> x + y;
Operationable<String> operation2 = (x, y) -> x + y;
System.out.println(operation1.calculate(20, 10)); // 30
System.out.println(operation2.calculate("20", "10")); // 2010
}
}
interface Operationable<T> {
T calculate(T x, T y);
}
Таким образом, при объявлении лямбда-выражения ему уже известно, какой тип будут представлять параметры и какой тип они будут возвращать.