Lambda-выражения в Java

Привет, Хабр! Представляю вашему вниманию перевод статьи «Java Lambda Expressions» автора www.programiz.com.

Введение

В этой статье, с помощью примеров, мы изучим lambda-выражения в Java, их использование с функциональными интерфейсами, параметризированными функциональными интерфейсами и Stream API.

Лямбда выражения были добавлены в Java 8. Их основная цель – повысить читабельность и уменьшить количество кода.

Но, прежде чем перейти к лямбдам, нам необходимо понимать функциональные интерфейсы.

Что же такое функциональный интерфейс?

Если интерфейс в Java содержит один и только один абстрактный метод, то он называется функциональным. Этот единственный метод определяет назначение интерфейса.

Например, интерфейс Runnable из пакета java.lang является функциональным, потому, что он содержит только один метод run().

Пример 1: объявление функционального интерфейса в java

import java.lang.FunctionalInterface;
@FunctionalInterface
public interface MyInterface{
    // один абстрактный метод
    double getValue();
}

В приведенном выше примере, интерфейс MyInterface имеет только один абстрактный метод getValue(). Значит, этот интерфейс — функциональный.

Здесь мы использовали аннотацию FunctionalInterface, которая помогает понять компилятору, что интерфейс функциональный. Следовательно, не позволяет иметь более одного абстрактного метода. Тем не менее, мы можем её опустить.

В Java 7, функциональные интерфейсы рассматривались как Single Abstract Methods (SAM). SAM обычно реализовывались с помощью анонимных классов.

Пример 2: реализация SAM с помощью анонимного класса в java

public class FunctionInterfaceTest {
    public static void main(String[] args) {

        // анонимный класс
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("Я только что реализовал функциональный интерфейс Runnable.")
            }
        }).start();
    }
}

Результат выполнения:

Я только что реализовал функциональный интерфейс Runnable.

В этом примере, мы принимаем анонимный класс для вызова метода. Это помогало писать программы с меньшим количеством строк кода в Java 7. Однако, синтаксис оставался достаточно сложным и громоздким.

Java 8 расширила возможности SAM, сделав шаг вперед. Как мы знаем, функциональный интерфейс содержит только один метод, следовательно, нам не нужно указывать название метода при передаче его в качестве аргумента. Именно это и позволяет нам lambda-выражения.

Введение в лямбда-выражения

Лямбда-выражения, по сути, это анонимный класс или метод. Лямбда-выражение не выполняется само по себе. Вместо этого, оно используется для реализации метода, определенного в функциональном интерфейсе.

Как записать лямбда-выражение в Java?

В Java, лямбда-выражения имеют следующий синтаксис:

(parameter list) -> lambda body

Здесь мы использовали новый оператор (->) — лямбда-оператор. Возможно, синтаксис кажется немного сложным. Давайте разберем пару примеров.

Предположим, у нас есть такой метод:

double getPiValue() {
    return 3.1415;
}

Мы можем записать его, используя лямбда, как:

() -> 3.1415

Этот метод не имеет никаких параметров. Следовательно, левая часть выражения содержит пустые скобки. Правая сторона – тело лямбда-выражения, которое определяет его действие. В нашем случае, возвращается значение 3.1415.

Типы лямбда-выражений

В Java, тело лямбды может быть двух типов.

1. Однострочные

() -> System.out.println("Lambdas are great");

2. Блочные (многострочные)

() -> {
    double pi = 3.1415;
    return pi;
};

Этот тип позволяет лямбда-выражению иметь несколько операций внутри себя. Эти операции должны быть помещены в фигурные скобки, после которых необходимо ставить точку с запятой.

Примечание: многострочные лямбда-выражения, всегда должны иметь оператор return, в отличии от однострочных.

Пример 3: лямбда-выражение

Давайте напишем Java программу, которая бы возвращала значение Pi, используя лямбда-выражение.

Как говорилось ранее, лямбда-выражение не выполняется само собой. Скорее, оно формирует реализацию абстрактного метода, объявленного в функциональном интерфейсе.

И так, для начала, нам необходимо описать функциональный интерфейс.

import java.lang.FunctionalInterface;

// функциональный интерфейс
@FunctionalInterface
interface MyInterface{

    // абстрактный метод
    double getPiValue();
}
public class Main {

    public static void main( String[] args ) {

    // объявление ссылки на MyInterface
    MyInterface ref;
    
    // лямбда-выражение
    ref = () -> 3.1415;
    
    System.out.println("Value of Pi = " + ref.getPiValue());
    } 
}

Результат выполнения:

Value of Pi = 3.1415

В примере выше:

• Мы создали функциональный интерфейс MyInterface, который содержит один абстрактный метод getPiValue().
• Внутри класса Main, мы объявили ссылку на MyInterface. Обратите внимание, что мы можем объявить ссылку на интерфейс, но не можем создать его объект.
  
  

  // приведет к ошибке
  	MyInterface ref = new myInterface();
  	// это верно
  	MyInterface ref;
  

  
  
• Затем мы присвоили ссылке лямда-выражение
  
  

  ref = () -> 3.1415;

• В заключении, мы вызвали метод getPiValue(), используя ссылку на интерфейс.
  
  

  System.out.println("Value of Pi = " + ref.getPiValue());

Лямбда-выражения с параметрами

До этого момента, мы создавали лямбда-выражения без каких-либо параметров. Однако, как и методы, лямбды могут иметь параметры.

(n) -> (n % 2) == 0

В этом примере, переменная n внутри скобок является параметром, переданном в лямбда-выражение. Тело лямбды принимает параметр и проверяет его на четность.

Пример 4: использование лямбда-выражения с параметрами

@FunctionalInterface
interface MyInterface {

    // абстрактный метод
    String reverse(String n);
}

public class Main {

    public static void main( String[] args ) {

        // объявление ссылки на MyInterface
        // присвоение лямбда-выражения ссылке
        MyInterface ref = (str) -> {

            String result = "";
            for (int i = str.length()-1; i >= 0 ; i--)
            result += str.charAt(i);
            return result;
        };
        // вызов метода из интерфейса
        System.out.println("Lambda reversed = " + ref.reverse("Lambda"));
    }

}

Результат выполнения:

Lambda reversed = adbmaL

Параметризированный функциональный интерфейс

До этого момента, мы использовали функциональные интерфейсы, которые принимали только один тип значения. Например:

@FunctionalInterface
interface MyInterface {
    String reverseString(String n);
}

Вышеупомянутый функциональный интерфейс принимает только String и возвращает String. Однако, мы можем сделать наш интерфейс универсальным, чтобы использовать с любым типом данных.

Пример 5: параметризированный интерфейс и лямбда-выражения

// Параметризированный интерфейс
@FunctionalInterface
interface GenericInterface<T> {

    // параметризированный метод
    T func(T t);
}

public class Main {

    public static void main( String[] args ) {

        // Объявление ссылки на параметризированный интерфейс
        // который принимает String
        // и присвоение ей лямбды
        GenericInterface<String> reverse = (str) -> {

            String result = "";
            for (int i = str.length()-1; i >= 0 ; i--)
            result += str.charAt(i);
            return result;
        };

        System.out.println("Lambda reversed = " + reverse.func("Lambda"));

        // Объявление ссылки на параметризированный интерфейс
        // который принимает Integer
        // и присвоение ей лямбды
        GenericInterface<Integer> factorial = (n) -> {

            int result = 1;
            for (int i = 1; i <= n; i++)
            result = i * result;
            return result;
        };

        System.out.println("factorial of 5 = " + factorial.func(5));
    }
}

Результат выполнения:

Lambda reversed = adbmaL
factorial of 5 = 120

В этом примере, мы создали параметризированный функциональный интерфейс GenericInterface, который содержит параметризированный метод func().

Затем, внутри класса Main:

• GenericInterface<String> reverse – создает ссылку на интерфейс, который работает со String.
• GenericInterface<Integer> factorial — создает ссылку на интерфейс, который работает с Integer.

Лямбда-выражения и Stream API

В JDK8 добавлен новый пакет java.util.stream, который позволяет java-разработчикам выполнять такие операции, как поиск, фильтрация, сопоставление, объединение или манипулирование коллекциями, к примеру Lists.

Например, у нас есть поток данных (в нашем случае список строк), где каждая строка содержит название страны и ее город. Теперь мы можем обработать этот поток данных и выбрать только города Непала.

Для этого мы можем использовать комбинацию Stream API и лямбда-выражений.

Пример 6: использование лямбд в Stream API

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class StreamMain {

    // объявление списка
    static List<String> places = new ArrayList<>();

    // заполнение данными
    public static List getPlaces(){

        // добавление страны и города
        places.add("Nepal, Kathmandu");
        places.add("Nepal, Pokhara");
        places.add("India, Delhi");
        places.add("USA, New York");
        places.add("Africa, Nigeria");

        return places;
    }

    public static void main( String[] args ) {

        List<String> myPlaces = getPlaces();
        System.out.println("Places from Nepal:");
        
        // Фильтрация городов
        myPlaces.stream()
                .filter((p) -> p.startsWith("Nepal"))
                .map((p) -> p.toUpperCase())
                .sorted()
                .forEach((p) -> System.out.println(p));
    }

}

Результат выполнения:

Places from Nepal:
NEPAL, KATHMANDU
NEPAL, POKHARA

В приведенном выше примере обратите внимание на это выражение:

myPlaces.stream()
        .filter((p) -> p.startsWith("Nepal"))
        .map((p) -> p.toUpperCase())
        .sorted()
        .forEach((p) -> System.out.println(p));

Здесь мы используем такие методы, как filter(), map(), forEach() из Stream API, которые могут принимать лямбды в качестве параметра.

Также, мы можем описать собственные выражения на основе синтаксиса, описанного выше. Это позволит нам уменьшить количество строк кода.