java介面與lambda表示式

阿新 • • 發佈：2020-08-01

java介面與lambda表示式

介面

藉口不是類，而是對類的需求（功能）的描述，凡是實現介面的類，都需要實現介面中定義的需求（方法）。例如Comparable介面，描述的功能就是比較，一個類是否可以比較大小就看它是否實現了Comparable介面。

介面中宣告方法時，預設為public，因此可以不用加public關鍵字；但是實現的時候必須要加關鍵字，否則會預設protected，接著編譯器會發出警告。

介面中只能描述功能（方法），不能描述概念（屬性），因此介面中只有一系列public方法，沒有屬性，但是可以定義常量（在介面中定義的域均預設為final static、必須在宣告時賦值）。

Java SE8之前不能在介面中實現方法，但是Java SE8及其之後可以在介面中提供方法的預設實現。

介面特性

介面可以用來定義指標，但是不能用來例項化（new）。
檢測一個物件是否實現了某個介面可用instanceOf。
介面可以被擴充套件（繼承）。
介面只有public方法和public static final域。
介面沒有例項域。
Java SE8之前，介面沒有靜態方法；Java SE8及其之後，介面可以提供靜態方法。詳細描述在後面。
一個類只能繼承一個類，然而可以實現多個介面。例如一個類可以同時實現Comparable介面、Cloneable介面。
Java SE8之前，介面不能實現方法；Java SE8及其之後，介面可以提供方法的預設實現，需要用default

修飾。詳細描述在後面。

介面與抽象類

介面與抽象類最大的區別是介面可以實現多個，而類只能繼承一個，這樣非常不靈活（但是C++中由於支援多繼承，所以C++沒有介面，而是採用抽象類的方式）。

介面靜態方法

Java SE8之前，介面沒有靜態方法；Java SE8及其之後，介面可以提供靜態方法。

在標準庫中常常簡單這樣的例子Collection/Collections、Path/Paths、陣列/Arrays等這樣的介面/伴隨類的搭配，後者僅僅是提供一些操作前者的靜態方法。

在介面支援靜態方法之後，就可以將後者的靜態方法統一搬到前者介面中去，儘管這不太符合將介面作為抽象功能規範的初衷。

Java標準庫中的介面並沒有採用這種特性，這是因為重構整個Java庫的代價太大了。但是使用者卻可以這麼做。

預設方法

Java SE8之前，介面不能實現方法；Java SE8及其之後，介面可以提供方法的預設實現，需要用default修飾。

在某些情況下，使用者只需要介面中定義的部分功能（方法），但是將介面拆分開又顯得過於繁瑣；比如滑鼠監聽器包含了左鍵、右鍵、雙擊等回撥，然而我們很可能只需要左鍵單擊這一個功能，按照Java SE8之前的做法，我們需要實現所有的方法（哪怕是個空的什麼也不做的實現）。

有了預設方法之後，我們可以在介面中將這幾個回撥新增預設方法體（什麼也不做），使用者實現介面時就可以有選擇地選擇功能。

另外有些方法實現很簡單，但是不可或缺，這樣的方法就可以使用預設實現，而不需要讓使用者每次都重新實現。比如：

這樣實現了Collection的使用者就不需要關心isEmpty，只需要關心size方法就行了。

超類和介面預設方法的衝突

按照Java SE8之前的做法，並不會出現這種衝突，因為介面並沒有提供方法體。

Java SE8及其之後，如果超類和子類實現的介面有同名方法，或者實現的多個介面中有同名（包括方法名和引數）方法，則會發生衝突，Java中對衝突的處理如下：

超類和藉口衝突：超類優先。如果子類重寫了該方法，自然沒有爭議，如果沒有重寫，那麼超類優先。

由於這條規則的存在，我們不應該在介面中用預設方法重新定義Object的方法，因為就算你定義了，由於超類優先，在使用的時候仍然用的是Object提供的。
介面之間衝突：若多個介面描述了相同的方法，並且有介面（哪怕只有一個）提供了預設實現，實現類都必須自己實現該方法，否則編譯器會報錯。

Comparable介面

Comparable介面是一個常用的介面，他描述的功能是“比較”，實現它的類可以進行比較，進而可以進行基於比較的排序等操作。

Comparable介面在實現事可以是通過指定T來指定型別。

Comparable返回int值，在Comparable內部，當兩個數進行比較的時候，儘量使用Integer.compare()、Double.compare()等方法，而不是x-y這樣的方式，除非你很明確x-y這樣的形式不會造成溢位。

Comparable介面同equals方法一樣，在繼承時可能會有兩種情況：

若比較概念由子類定義（子類繼承改變了超類的語義），則子類定義comparableTo方法，並且在比較時新增Class物件比較的步驟（不同類丟擲異常）。

若比較概念由超類提供（子類繼承只改變了實現方法、沒有改變語義），則超類提供compareTo方法並新增final關鍵字，不允許子類改變比較的語義。

假如不按照上面的方式，可能出現這種情況：A繼承於B，然後A.compareTo(B)返回一個 int值，因為B引用可以轉換為A，但是B.compareTo（A）可能會丟擲異常，因為A引用不一定是B（可能是A的其他子類）。這不符合比較的反對稱原則。

Comparator介面

對於Comparable來說，當你實現了Comparable也就意味著你的comparableTo方法已經寫死了，排序時只能按照這一種規則。

對於有不同排序需求的物件來說，Comparator是一種解決方法。Comparator是一個介面，描述了一個比較器，可以為同一個物件定義多個比較器，排序時使用對應的比較器即可，Arrays.sort方法支援傳入比較器。

Cloneable介面

Cloneable介面描述了克隆功能clone方法，返回一個副本。

clone方法是Object類中的protected方法，因此一般來說，不能通過物件指標呼叫，但是可以在子類中用super指標訪問。

Object類中的clone方法預設將物件的所有域拷貝一份，是淺拷貝。因為不是所有的物件都可以克隆，所以Object預設的clone方法不會進行深度拷貝，這也是為什麼Object類的clone方法設為protected的原因（如果設為public，就意味著所有的物件都可以通過物件指標呼叫clone方法，這是不符合某些物件的語義的）。

Cloneable介面和Object類中都有clone方法，但是Cloneable中沒有預設實現，所以預設採用Object類的實現。

當想要為一個類向外提供public clone方法時，需要重寫clone方法，改為public方法，並且實現Cloneable介面，如果不實現Cloneable介面的話，Object.clone方法會丟擲異常（儘管類確實實現了clone方法）。

即使預設的clone方法（按域拷貝）可以滿足使用需求，但仍需要重寫clone為public方法，並且呼叫super.clone()。

lambda表示式

lambda表示式的意思是“帶引數的表示式（程式碼塊）”，本質上是一個匿名函式（方法），函式不正是帶引數的表示式？

在Java中lambda表示式表達的實體是函式式介面。詳細描述見後面。

很多時候我們創造一個物件，其實只是想用他的某一個方法，並非是整個物件，例如Comparator，當我們例項化一個實現了Comparator介面的物件並傳入Arrays.sort中，Arrays.soft只是簡單地通過comparator.compare()來呼叫compare方法；由於Java是面向物件的，所以必須構造一個類進行包裝，略顯複雜。

lambda表示式是一個可選的解決方案。

lambda語法

lambda表示式的語法：

一般例子：(String first, String second)->first.length()-second.length();

上述是一個一般的lambda表示式。
如果->後的表示式太長，無法用一條語句完成，可以像方法一樣，用{}框住，並顯示包含return語句。
當引數為空，仍然需要一個空括號，不能不寫：()->...。
如果lambda表示式的引數型別可以根據上下文推匯出來，那麼引數型別可以省略。比如：

Comparator comp=(first,second)->first.length()-second.length();
如果引數只有一個，並且型別可以被推匯出來，那麼括號和引數型別可以同時省略。
lambda表示式的返回型別不需要指定，會根據上下文進行推導。、
如果lambda表示式內部分支語句可能造成返回值型別不同，將無法進行編譯（編譯報錯）。

函式式介面

對於只有一個抽象方法（不需要abstract關鍵字，只要不提供預設實現即可）的介面，當需要這種介面的物件的時候，可以通過lambda表示式生成，這樣的介面叫做函式式介面。Comparator介面就是一個函式式介面。

函式式介面有且僅有一個抽象方法（非dufault）。
函式式介面可以有多個default方法。
函式式介面常在宣告時加上註解@functional interface，但不是必須的。

lambda表示式可以即可理解為函式式介面的實現的簡略版本，lambda表示式可以根據賦值的函式式介面型別自動推導生成相應的物件。

java.util.function

在java.util.function包中，定義了很多非常通用的函式式介面。

例如BiFunction<U,T,R>介面，描述了一個引數為U、T，返回值為R的函式。例如：

BiFunction<String, String, Integer> comp
    = (first, second) -> frst.length()-second.length();

方法引用，雙冒號語法

如果lambda表示式的程式碼塊已經存在於某個方法中，那麼可以通過方法引用進行引用，進而推匯出lambda表示式。

一般有以下幾種引用：

類名::靜態方法

當通過函式式介面呼叫方法時，實際上是ClassName.staticMethod()這樣呼叫的。
類名::例項方法

對於這種情況，比較特殊，返回來的方法引用引數會增加一個（第一個）。增加的引數是this指標，需要認為指定相應的this（呼叫者）。
物件::例項方法

實際呼叫是obj.method()。
類名::new

類似於類名::靜態。引數為構造器對應的引數（會自動尋找合適的構造器）。
型別[]::new

同上。不過引數為int。

使用如下：

package com.ame;

import java.util.Arrays;

interface InterfaceA {
    void fnuc();
}

interface InterfaceB {
    void func(ClassA classA);
}

interface InterfaceC {
    ClassA func();
}

interface InterfaceD {
    int[] func(int t);
}

class ClassA {
    private int i = 0;

    public static void g() {
        System.out.println("g");
    }

    public void f() {
        System.out.println("f:" + i++);
    }

}

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        int i = 1;
        System.out.println("test:" + i++);
        test1();
        System.out.println("test:" + i++);
        test2();
        System.out.println("test:" + i++);
        test3();
        System.out.println("test:" + i++);
        test4();
        System.out.println("test:" + i++);
        test5();
    }

    //類名::靜態方法
    public static void test1() {
        ClassA classA = new ClassA();
        InterfaceA interfaceA = null;
        interfaceA = ClassA::g;
        interfaceA.fnuc();
    }

    //類名::例項方法
    public static void test2() {
        ClassA classA = new ClassA();
        InterfaceB interfaceB = null;
        interfaceB = ClassA::f;
        interfaceB.func(classA);
        interfaceB.func(classA);
        interfaceB.func(classA);
    }

    //物件::例項方法
    public static void test3() {
        ClassA classA = new ClassA();
        InterfaceA interfaceA = null;
        interfaceA = classA::f;
        interfaceA.fnuc();
        interfaceA.fnuc();
        interfaceA.fnuc();
    }

    //類名::new
    public static void test4() {
        ClassA classA = new ClassA();
        InterfaceC interfaceC = null;
        interfaceC = ClassA::new;
        classA = interfaceC.func();
        classA.f();
        classA.f();
        classA.f();
    }

    //型別[]:new
    public static void test5() {
        InterfaceD interfaceD = null;
        interfaceD = int[]::new;
        int[] arr = interfaceD.func(3);
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
    }
}

執行結果：

test:1
g
test:2
f:0
f:1
f:2
test:3
f:0
f:1
f:2
test:4
f:0
f:1
f:2
test:5
[0, 0, 0]

變數作用域

有時候希望lambda表示式訪問，自身表示式以外的變數。

我們知道lambda表示式最後會被封裝成一個物件（實現了對應的函式式介面），如果引用了自由變數（非lambda表示式自身定義），那麼封裝lambda表示式的時候會把這個變數也封裝（複製）過去。

在lambda表示式中，只允許引用值不變的自由變數，這裡的值不變有兩重含義，一是被定義為final，二是沒有被定義為final，但是從定義到銷燬，引用值沒有發生過改變（即effective final）。假如引用了值可能會發生改變的變數，當併發執行程式的時候，語義不明確。

可以引用final自由變數。
可以引用effective final自由變數。

注意1：被引用的變數在外部不能發生改變，在內部也不能。

注意2：由於this指標的值在一個方法體內是不會變的，因此lambda可以引用this指標。

例如：

package com.ame;

interface InterfaceE {
    void func();
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        final int y = 1;
        int x = 0;
        InterfaceE interfaceE = null;
        interfaceE = () -> {
            System.out.println("hello world:" + x + "." + y);
            // x++;不能在內部改變自由變數值
        };
        //x++;不能在外部改變自由變數值
        interfaceE.func();
    }
}

執行結果：

hello world:0.1

閉包

將在返回函式（即lambda表示式）中引用自由變數（外部定義）的程式結構稱之為閉包。

lambda和閉包是兩個東西。

在java中，lambda就是閉包。

閉包的作用是在捕獲自由變數，在這裡lambda表示式可以捕獲外部的final（或effective final）變數，因此是閉包。

執行lambda表示式

lambda表示式最大的特點就是延遲執行，在執行了生成lambda的程式碼之後，並不能確定lambda的內容何時執行。

常用的函式式介面

要想接受一個lambda表示式，需要一個函式式介面，有時甚至需要提供，下面列出了Java中提供的最重要的函式式介面：

Runnable：代表僅執行。無引數、無返回。run

Supplier：代表提供。無引數、有返回。get

Consumer：代表處理。有引數、無返回。accept

Function：代表普通函式。有引數、有返回。apply

UnaryOperator：一元操作。有引數、有返回。apply

BinaryOperator：二元操作。有引數、有返回。apply

Predicate：二值函式（布林）。有引數、有返回。

字首Bi代表Binary。

常用基本型別的函式式介面

另外，在利用上述函式式介面進行處理lambda表示式時，由於泛型機制，只能處理物件，而不能處理基本型別。儘管可以通過Integer、Boolean等物件使用，但是由於頻繁裝箱拆箱，會帶來額外的開銷。

為了解決上述問題，Java提供了常用的操作基本資料型別的函式式介面：

當需要定義lambda表示式時，最好使用上述介面。

函式式介面中的default方法

為了便於使用者實現函式式介面中的抽象方法，很多函式式介面的開發者都提供了一系列default方法，輔助使用者實現抽象方法；或者是靜態方法，供使用者引用。

java介面與lambda表示式

java介面與lambda表示式

介面

介面特性

介面與抽象類

介面靜態方法

預設方法

超類和介面預設方法的衝突

Comparable介面

Comparator介面

Cloneable介面

lambda表示式

lambda語法

函式式介面

java.util.function

方法引用，雙冒號語法

變數作用域

閉包

執行lambda表示式

常用的函式式介面

常用基本型別的函式式介面

函式式介面中的default方法

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