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利用Java 8的新特性：Lambda表达式与Stream API

Lambda表达式与Stream API：Java 8的新宠儿

引言

大家好，欢迎来到今天的讲座！今天我们要聊一聊Java 8的两个新特性：Lambda表达式和Stream API。这两个特性不仅让代码变得更简洁、更易读，还大大提升了开发效率。如果你还在用传统的for循环和匿名内部类，那么是时候跟它们说再见了！让我们一起走进Java 8的世界，看看这些新特性是如何改变我们的编程方式的。

什么是Lambda表达式？

简单来说，Lambda表达式就是一种更简洁的写法，用来表示匿名函数或闭包。它允许你把一段代码当作参数传递给方法，或者直接赋值给一个变量。听起来有点抽象？别担心，我们通过一个简单的例子来说明。

传统写法 vs. Lambda表达式

假设我们有一个List<String>，我们想要遍历这个列表并打印每个元素。在Java 8之前，我们可能会这样写：

List<String> names = Arrays.asList("Alice", "Bob", "Charlie");

for (String name : names) {
    System.out.println(name);
}

虽然这段代码已经很简洁了，但我们可以用Lambda表达式让它更简单。借助forEach方法和Lambda表达式，代码可以变成这样：

names.forEach(name -> System.out.println(name));

是不是看起来更清爽了？name -> System.out.println(name)就是Lambda表达式的写法。它表示“对于每个name，执行System.out.println(name)”。

Lambda表达式的语法

Lambda表达式的语法非常简单，由三部分组成：

  1. 参数列表：可以有多个参数，也可以没有参数。如果有多个参数，需要用逗号分隔。如果只有一个参数，可以省略括号。
  2. 箭头符号 (->)：这是Lambda表达式的标志性符号，表示“对于左边的参数，执行右边的操作”。
  3. 表达式或语句块：可以是一行简单的表达式，也可以是一个复杂的语句块。如果是单行表达式，可以省略大括号；如果是多行语句，则需要使用大括号。

例如：

  • 单个参数，单行表达式：

    x -> x * 2

  • 多个参数，单行表达式：

    (x, y) -> x + y

  • 多个参数，多行语句：

    (x, y) -> {
  int sum = x + y;
  return sum;
}

Lambda表达式的应用场景

Lambda表达式最常见的应用场景是用于实现接口中的单个抽象方法。这种接口被称为函数式接口。Java 8引入了一个新的注解@FunctionalInterface，专门用来标记函数式接口。例如，Runnable、Comparator、Predicate等都是常见的函数式接口。

例子：使用Lambda表达式实现Comparator

假设我们有一个Person类，包含姓名和年龄两个属性。我们想根据年龄对Person对象进行排序。在Java 8之前，我们可能会这样写：

Collections.sort(people, new Comparator<Person>() {
    @Override
    public int compare(Person p1, Person p2) {
        return Integer.compare(p1.getAge(), p2.getAge());
    }
});

使用Lambda表达式后，代码可以简化为：

Collections.sort(people, (p1, p2) -> Integer.compare(p1.getAge(), p2.getAge()));

甚至更简洁：

people.sort(Comparator.comparingInt(Person::getAge));

方法引用

除了Lambda表达式，Java 8还引入了方法引用，它可以进一步简化代码。方法引用允许你直接引用现有方法，而不需要显式地编写Lambda表达式。方法引用的语法是::。

例如，如果我们有一个printName方法，可以这样调用：

public static void printName(String name) {
    System.out.println(name);
}

names.forEach(LambdaAndStreamLecture::printName);

这比使用Lambda表达式还要简洁！

Stream API：数据处理的瑞士军刀

什么是Stream API？

Stream API是Java 8引入的一个强大的工具，用于处理集合（如List、Set）中的数据。它提供了一种声明式的方式来操作数据流，类似于SQL查询。你可以通过一系列的操作（如过滤、映射、排序、归约等）来处理数据，而不需要手动编写循环和条件语句。

Stream的基本概念

Stream API的核心概念包括：

  • 流（Stream）：流是从支持数据处理操作的源生成的序列。它可以是集合、数组、文件、甚至是无限的数据源。
  • 中间操作（Intermediate Operations）：这些操作不会立即执行，而是返回一个新的流，供后续操作使用。常见的中间操作有filter、map、sorted等。
  • 终端操作（Terminal Operations）：这些操作会触发整个流的执行，并返回结果。常见的终端操作有forEach、collect、reduce等。

创建Stream

创建Stream的方式有很多种，最常见的是从集合或数组中创建。例如：

List<String> names = Arrays.asList("Alice", "Bob", "Charlie");
Stream<String> stream = names.stream();

你也可以从数组创建Stream：

String[] namesArray = {"Alice", "Bob", "Charlie"};
Stream<String> stream = Arrays.stream(namesArray);

Stream的常用操作

1. filter：过滤元素

filter操作用于筛选符合条件的元素。它接收一个Predicate作为参数，返回一个包含所有符合条件的元素的新流。

List<String> names = Arrays.asList("Alice", "Bob", "Charlie", "David");
Stream<String> filteredStream = names.stream().filter(name -> name.startsWith("A"));
filteredStream.forEach(System.out::println);  // 输出: Alice

2. map：转换元素

map操作用于将流中的每个元素转换为另一种形式。它接收一个Function作为参数，返回一个包含转换后元素的新流。

List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4);
Stream<Integer> squaredStream = numbers.stream().map(n -> n * n);
squaredStream.forEach(System.out::println);  // 输出: 1, 4, 9, 16

3. sorted：排序元素

sorted操作用于对流中的元素进行排序。默认情况下，它会对实现了Comparable接口的对象进行自然排序。你也可以传入一个自定义的Comparator。

List<Integer> numbers = Arrays.asList(4, 1, 3, 2);
Stream<Integer> sortedStream = numbers.stream().sorted();
sortedStream.forEach(System.out::println);  // 输出: 1, 2, 3, 4

4. collect：收集结果

collect操作用于将流中的元素收集到一个集合或其他数据结构中。常用的收集器有Collectors.toList()、Collectors.toSet()等。

List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4);
List<Integer> squaredNumbers = numbers.stream()
                                      .map(n -> n * n)
                                      .collect(Collectors.toList());
System.out.println(squaredNumbers);  // 输出: [1, 4, 9, 16]

5. reduce：归约操作

reduce操作用于将流中的元素逐步归约为一个单一的结果。它接收一个二元操作符作为参数，返回归约后的结果。

List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4);
int sum = numbers.stream().reduce(0, (a, b) -> a + b);
System.out.println(sum);  // 输出: 10

Stream的懒加载特性

Stream的一个重要特性是懒加载（Lazy Evaluation）。这意味着中间操作不会立即执行，只有当终端操作被调用时，才会触发整个流的执行。这有助于提高性能，尤其是在处理大量数据时。

例如，考虑以下代码：

Stream<String> stream = names.stream().filter(name -> name.startsWith("A")).map(String::toUpperCase);
stream.forEach(System.out::println);

在这个例子中，filter和map是中间操作，它们不会立即执行。只有当forEach这个终端操作被调用时，整个流才会开始执行。这样可以避免不必要的计算，提升性能。

并行Stream

Stream API还支持并行处理，即可以在多线程环境中并行执行流的操作。要创建一个并行流，只需调用parallelStream()方法即可。

List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);
int sum = numbers.parallelStream().reduce(0, (a, b) -> a + b);
System.out.println(sum);  // 输出: 55

并行流可以显著提高处理大数据集的性能，但要注意，并不是所有的操作都适合并行化。并行流的性能提升取决于数据集的大小和操作的复杂性。

结语

通过今天的讲座，我们了解了Java 8的两个重要特性：Lambda表达式和Stream API。Lambda表达式让代码更加简洁、易读，而Stream API则提供了一种声明式的方式来处理集合中的数据。这两个特性结合起来，可以让我们的代码更加优雅、高效。

当然，Java 8还有很多其他的新特性，比如Optional、DateTime API等，但今天我们主要聚焦于Lambda表达式和Stream API。希望今天的讲座能让你对这两个特性有更深的理解，并在未来的项目中灵活运用它们。

谢谢大家的聆听！如果你有任何问题，欢迎随时提问。

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