Java8新引入的语法糖 Lambda表达式*（关于lambda表达式是否属于语法糖存在很多争议，有人说他并不是语法糖，这里我们不纠结于字面表述）*。Lambda表达式是一种用于取代匿名类，把函数行为表述为函数式编程风格的一种匿名函数，这里再重申一下：Lambda表达式的执行结果是函数式接口的一个匿名对象（Lambda表达式的基本语法在初级课程已经讲过，在此不做赘述）。

需求：遍历List集合

那么，我们可以使用匿名内部类的形式来实现上述lambda表达式的功能，以下代码的功能一致的：

forEach()是Iterable接口的一个默认方法，它需要一个Consumer类型的参数，方法体中是一个for循环，对迭代器的每一个对象进行遍历，处理方法就是调用参数对象的accept()方法：

继续查看Consumer的accept(T)方法，可以看到Consumer是一个函数式接口（只有一个抽象方法的接口，java8中称之为函数式接口），只有一个抽象方法accept(T)。

我们对照一下示例代码：

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

可以大胆的猜测，Lambda表达式

s -> {System.out.println(s);}相当于是实现了Consumer接口的一个匿名（内部类）对象，

而大括号里面的内容：System.out.println(s);相当于重写了accept()的方法体。

当然，事情远远没有这么简单（想要直接看结论的童鞋请跳转本节最后）。

对包含lambda表达式的class文件进行反编译时需要注意：

jad系列的反编译工具不支持jdk1.8，所以这里使用CFR进行反编译。

cfr下载地址:http://www.benf.org/other/cfr/

语法：java -jar cfr-0.145.jar LambdaTest.class --decodelambdas false

反编译后可以得到：

可以看到，在forEach()方法中，其实是调用了java.lang.invoke.LambdaMetafactory#metafactory()方法，该方法的第5个参数implMethod指定了方法实现。可以看到这里其实是调用lambda$main$0()方法进行输出。跟踪metafactory()方法（参数较多，可以跳过）：

其中new InnerClassLambdaMetafactory看起来是创建了一个Lambda相关的内部类，继续跟踪下去：

（省略了一部分代码。）

一看到lambdaClassName这样的变量名就知道它代表的什么意思——Lambda表达式对应的类名，而ClassWriter对象cw，暴露了Lambda表达式的底层实现机制：ASM技术（Assembly，Java字节码操作和分析框架，用于在程序运行时动态生成和操作字节码文件）。在这个构造方法里，初始化了大量的ASM技术需要的成员变量，为后续生成字节码的相关操作完成了一系列的初始化动作。现在大致可以猜测：Lambda表达式底层是通过一个内部类来实现的，这个类由ASM技术在程序运行时动态生成，它实现了函数式接口（例如Consumer等），并重写了对应的抽象方法（如accept）。

回到metafactory()方法中，跟踪方法结尾的返回语句mf.buildCallSite();——创建调用点，这才是重点：

方法的注释非常清晰的告诉我们，这个方法在运行期会返回一个函数式接口的实例，也就是Consumer接口的匿名对象。

方法体的第一行spinInnerClass()，就使用ASM技术生成了一个Class文件，然后使用sun.misc.Unsafe将该类加载到JVM（创建并返回该类的Class对象）：

这个方法的后半部分，if (dumper != null) 代码块给我们提供了将该内部类转储到本地磁盘用以调试的可能，在LambdaTest的main方法里里添加一行代码，将Lambda表达式对应的内部类转储到指定目录（IDEA）：

程序运行之后，会将Lambda表达式对应的内部类文件生成出来com.boxuegu.intermediate.language.sugar.lambda.LambdaTest$$Lambda$1：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-MfeEy8xY-1678290472261)(D:/工作/03_资料/lambda表达式对应的内部类.png)]

反编译这个类，代码如下：

Bingo！

现在我们初步得到了一些结论：

至此，我们只窥视了Lambda表达式底层实现的冰山一角。接下来会有一堆概念和过程，慎入！

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-oA17iNOh-1678290472262)(D:/工作/03_资料/Lambda表达式编译和运行过程.png)]

Lambda表达式在编译期脱去糖衣语法，生成了一个“合成方法”，在运行期，invokedynamic指令通过引导方法创建调用点，过程中生成一个实现了函数式接口的内部类并返回它的对象，最终通过调用点所持有的方法句柄完成对合成方法的调用，实现具体的功能。

Lambda表达式是一个语法糖，但远远不止是一个语法糖。

在使用Lambda表达式的时候，我们实际上传递进去的代码就是一种解决方案：拿什么参数做什么操作。那么考虑一种情况：如果我们在Lambda中所指定的操作方案，已经有地方存在相同方案，那是否还有必要再写重复逻辑？

来看一个简单的函数式接口以应用Lambda表达式：

在Printable接口当中唯一的抽象方法print接收一个字符串参数，目的就是为了打印显示它。那么通过Lambda来使用它的代码很简单：

其中 printString 方法只管调用 Printable 接口的 print 方法，而并不管 print 方法的具体实现逻辑会将字符串打印到什么地方去。而 main 方法通过Lambda表达式指定了函数式接口 Printable 的具体操作方案为：拿到String（类型可推导，所以可省略）数据后，在控制台中输出它。

这段代码的问题在于，对字符串进行控制台打印输出的操作方案，明明已经有了现成的实现，那就是 System.out对象中的 println(String) 方法。既然Lambda希望做的事情就是调用 println(String) 方法，那何必自己手动调用呢？

能否省去Lambda的语法格式（尽管它已经相当简洁）呢？只要“引用”过去就好了：

请注意其中的双冒号 :: 写法，这被称为“方法引用”，而双冒号是一种新的语法。

双冒号 :: 为引用运算符，而它所在的表达式被称为方法引用。如果Lambda要表达的函数方案已经存在于某个方法的实现中，那么则可以通过双冒号来引用该方法作为Lambda的替代者。

例如上例中， System.out 对象中有一个重载的 println(String) 方法恰好就是我们所需要的。那么对于 printString 方法的函数式接口参数，对比下面两种写法，完全等效：

第一种语义是指：拿到参数之后经Lambda之手，继而传递给 System.out.println 方法去处理。 第二种等效写法的语义是指：直接让 System.out 中的 println 方法来取代Lambda。两种写法的执行效果完全一样，而第二种方法引用的写法复用了已有方案，更加简洁。

注:Lambda 中 传递的参数 一定是方法引用中 的那个方法可以接收的类型,否则会抛出异常

如果使用Lambda，那么根据“可推导就是可省略”的原则，无需指定参数类型，也无需指定的重载形式——它们都 将被自动推导。而如果使用方法引用，也是同样可以根据上下文进行推导。

函数式接口是Lambda的基础，而方法引用是Lambda的孪生兄弟。 下面这段代码将会调用 println 方法的不同重载形式，将函数式接口改为int类型的参数：

由于上下文变了之后可以自动推导出唯一对应的匹配重载，所以方法引用没有任何变化：

这次方法引用将会自动匹配到 println(int) 的重载形式。

这是最常见的一种用法，与上例相同。如果一个类中已经存在了一个成员方法：

函数式接口仍然定义为：

那么当需要使用这个 printUpperCase 成员方法来替代 Printable 接口的Lambda的时候，已经具有了 MethodRefObject 类的对象实例，则可以通过对象名引用成员方法，代码为：

由于在 java.lang.Math 类中已经存在了静态方法 abs ，所以当我们需要通过Lambda来调用该方法时，有两种写法。首先是函数式接口：

第一种写法是使用Lambda表达式：

但是使用方法引用的更好写法是：

在这个例子中，下面两种写法是等效的：

如果存在继承关系，当Lambda中需要出现super调用时，也可以使用方法引用进行替代。首先是函数式接口：

然后是父类 Human 的内容：

最后是子类 Man 的内容，其中使用了Lambda的写法：

但是如果使用方法引用来调用父类中的 sayHello 方法会更好，例如另一个子类 Woman ：

在这个例子中，下面两种写法是等效的：

this代表当前对象，如果需要引用的方法就是当前类中的成员方法，那么可以使用 this::成员方法 的格式来使用方法引用。首先是简单的函数式接口：

下面是一个丈夫 Husband 类：

开心方法 beHappy 调用了结婚方法 marry ，后者的参数为函数式接口 Richable ，所以需要一个Lambda表达式。但是如果这个Lambda表达式的内容已经在本类当中存在了，则可以对 Husband 丈夫类进行修改：

如果希望取消掉Lambda表达式，用方法引用进行替换，则更好的写法为：

在这个例子中，下面两种写法是等效的：

由于构造器的名称与类名完全一样，并不固定。所以构造器引用使用 类名称::new 的格式表示。首先是一个简单 的 Person 类：

然后是用来创建 Person 对象的函数式接口：

要使用这个函数式接口，可以通过Lambda表达式：

但是通过构造器引用，有更好的写法：

在这个例子中，下面两种写法是等效的：

数组也是 Object 的子类对象，所以同样具有构造器，只是语法稍有不同。如果对应到Lambda的使用场景中时， 需要一个函数式接口：

在应用该接口的时候，可以通过Lambda表达式：

但是更好的写法是使用数组的构造器引用：

在这个例子中，下面两种写法是等效的：

Lambda表达式： length -> new int[length]

方法引用： int[]::new

说到Stream便容易想到I/O Stream，而实际上，谁规定“流”就一定是“IO流”呢？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。

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：

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。

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：

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：

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：

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？

下面来看一下借助Java 8的Stream API，什么才叫优雅：

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。

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。这是一种集合元素的处理方案，而方案就是一种“函数模型”。

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）。

Stream（流）是一个来自数据源的元素队列

和以前的Collection操作不同， Stream操作还有两个基础的特征：

当使用一个流的时候，通常包括三个基本步骤：获取一个数据源（source）→ 数据转换→执行操作获取想要的结果，每次转换原有 Stream 对象不改变，返回一个新的 Stream 对象（可以有多次转换），这就允许对其操作可以像链条一样排列，变成一个管道。

java.util.stream.Stream 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。

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。

java.util.Map 接口不是 Collection 的子接口，且其K-V数据结构不符合流元素的单一特征，所以获取对应的流需要分key、value或entry等情况：

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：

备注： of 方法的参数其实是一个可变参数，所以支持数组。

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：

备注：本小节之外的更多方法，请自行参考API文档。

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。

可以通过 filter 方法将一个流转换成另一个子集流。方法签名：

该接口接收一个 Predicate 函数式接口参数（可以是一个Lambda或方法引用）作为筛选条件。

此前我们已经学习过 java.util.stream.Predicate 函数式接口，其中唯一的抽象方法为：

该方法将会产生一个boolean值结果，代表指定的条件是否满足。如果结果为true，那么Stream流的 filter 方法将会留用元素；如果结果为false，那么 filter 方法将会舍弃元素。

Stream流中的 filter 方法基本使用的代码如：

在这里通过Lambda表达式来指定了筛选的条件：必须姓张。

如果需要将流中的元素映射到另一个流中，可以使用 map 方法。方法签名：

该接口需要一个 Function 函数式接口参数，可以将当前流中的T类型数据转换为另一种R类型的流。

此前我们已经学习过 java.util.stream.Function 函数式接口，其中唯一的抽象方法为：

这可以将一种T类型转换成为R类型，而这种转换的动作，就称为“映射”。

Stream流中的 map 方法基本使用的代码如：

这段代码中， map 方法的参数通过方法引用，将字符串类型转换成为了int类型（并自动装箱为 Integer 类对象）。

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：

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：

limit 方法可以对流进行截取，只取用前n个。方法签名：

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：

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：

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：

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 ：

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：