Java Lambda 表達式、方法引用

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如有引用參考請詳註出處，感謝

把行為包裝程物件，也就是匿名類別，JDK 1.8 後引入

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本篇文章對應的是 認識 Java 函數式編程：從 Lambda 表達式到方法引用 | 3 種方法引用

Java Lambda 表達式、方法引用

函數式編程

在軟體設計中物件導向範式（面向對象）就是將「數據」進行抽象，使數據擁有個人身份；而軟體設計中的 函數式編程（Functional Programming）則是對「行為」進行抽象，這個行為也就是函數，它會將 函數視為參數 來使用（以 C 語言來講可以想成是傳遞函數指標）

閉包 Closure 概念：與 Callback 的差別

Java Lambda 就是閉包（Closure）

在函數式編程中的其中一個重點就是「閉包, Closure」：

我們將這兩個中文字分開來看… 在數學中，所謂的「包」，只函數與周圍的環境變數綑綁打包；而「閉」則是指這些變數是封閉的，不會與外界有關係，只為該函數服務

運用在函數式編程中，閉包在解決問題時就會使用「不可變的值」
- 那 Closure 與 Callback 又有什麼不同？
  
  Closure 和 Callback 是程式設計中經常使用的概念，雖然它們在功能上有些相似，但在語義和應用上有所不同
  - Closure 的特點在於「環境的綁定」，它可以捕捉並保存所屬環境中的變數，即使在閉包中已經超出了作用域
  - Callback（回呼）是一個函數，它作為參數傳遞給另一個函數，並在某個時間點調用（通常是在某個操作完成後），並且「不需要捕捉外部變數」
    
    回呼函數（Callback）允許非同步操作和事件驅動編程

為何要學函數式編程：與物件導向的差異

為何要學函數式編程，它有什麼好處嗎？
- 函數式編程是學習大數據的基礎
- 經過編譯器優化後，函數式編程通常可以取得更好的效率
  
  編譯階段，Lambda 表達式會被轉換為與目標類型相容的實例；編譯器會產生一個私有的、靜態的、合成的「方法」，並透過 invokedynamic 指令來呼叫該方法
  
  這種實作方式使得 Lambda 表達式的執行更加高效，因為它減少了物件的建立和方法呼叫的開銷
- 可以很好的運用在併發執行，並且這種運行是安全的
  
  因為它在記憶體中使用的是「執行序私有空間 - 棧」，所以可以很好的避免高並發時的同步問題！
- 減少匿名類的使用，減低開銷
  - 類別載入開銷：每次使用匿名內部類別時，都會產生一個新的類別，這增加了類別載入的開銷
  - 物件建立開銷：每次使用匿名內部類別時，都會建立一個新的對象，這增加了物件建立的開銷

與物件導向的差異：

物件導向轉為函數編程有思想上的差距，我們可以透過下表來大致理解一下物件導向、函數式編程兩者個差異

範式	經典語言	核心概念	執行機制	突破點	實作原理	目的	常見應用
函數式	Scheme/Haskell	函數	計算運算式	突破機械思維的限制	引入高階函數，將「函數作為資料處理」	模擬數學思維，簡化程式、減少副作用	微積分計算、數學邏輯
物件式	Kotlin/Java	物件	物件之間的資料交換	突破資料、程式碼分離的限制（強化資料的含義）	引入封裝、繼承、多型機制	迎合人類的認知模式、提高軟體的易用重用性	大型複雜「互動式」系統

Java Lambda

Java 的 Lambda 編成是在 JDK 1.8 後引入，如果 Android 開發要使用記得要在 gradle 設定 compileOptions






// Android gradle 中新增

compileOptions {
    sourceCompatibility JavaVersion.VERSION_1_8
    targetCompatibility JavaVersion.VERSION_1_8
}

匿名類、Lambda 差異

Java Lambda 是一個「匿名」函數，就是沒有函數名稱，而與其有個很相像的就是「匿名類」，以下以以 RxJava 的 Subject 類來舉例看看兩者個差異（使用匿名類與 Lambda 都可以達到相同的功能）

匿名類：以下的 Consumer 就是界面，而我們創建的 new Consumer 就是匿名類

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// 這是匿名類
AsyncSubject.create().subscribe(
    new Consumer<String>() {
        @Override
        public void accept(String s) throws Throwable {
            System.out.println("AsyncSubject: " + s);
        }
    },
    new Consumer<Throwable>() {
        @Override
        public void accept(Throwable s) throws Throwable {
            System.out.println("AsyncSubject Error: " + s.toString());
        }
    },
    new Action() {
        @Override
        public void run() throws Throwable {
            System.out.println("AsyncSubject Complete");
        }
    }
);

Lambda 表達：同樣的目的，但是以下使用 Lambda 的表達比起匿名類更加的精簡（可以用來簡化程式），而它又稱為「匿名函數」







// Lambda 表達

AsyncSubject.create().subscribe(
    s -> System.out.println("AsyncSubject: " + s),
    s -> System.out.println("AsyncSubject Error: " + s.toString()),
    () -> System.out.println("AsyncSubject Complete")
);

如果沒皆有處過 RxJava 框架的話，這邊舉另外個例子

我們可以以 Java 原生提供的 Thread 類為例，Thread 建構函數會接收一個 Runnable 界面，同樣使用「匿名類」、「匿名函數, Lambda」看看兩者的表面差異
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1. 使用匿名類表達 Runnable 界面
```
// Thread's Runnable 匿名類
new Thread(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Hello World");     
    }
});
```
2. 使用 Lambda 表達：可以看到這樣表達起來更加的簡潔
```
// Lambda 表達
new Thread(() -> System.out.println("Hello World"));
```
  - 雖說「簡潔」，但是 Lambda 表達式是否合適每個人、團隊呢？這要取決於團隊成員的認可，只要團隊有共同認知即可，不一定用 Lambda 就是最佳的解

Java Lambda 語法、格式

在 Java 程式中要使用 Lambda 表達式，需要使用 Java 引入的一個新語法（符號） ->：

符號 -> 以左是 Lambda 所需要的參數，以右是要處理的功能 (當 Func 被呼叫時會執行的代碼)
```
// 左側 -> 右側
// 參數* -> 功能

(參數*) -> {
    // Lambda body
    System.out.println("Runnable lambda");
};
```
- 每種不同的程式語言在使用 Lambda 表達式時會有不同的表達方式（eg. 像是 swift 就是使用 in 關鍵字）
- 如果 Lambda 表達式 Body 只有一行的話，則可以省略最外層的大括號
```
(參數*) -> System.out.println("Runnable lambda");
```

以下是一些常用的 Lambda 表達式（匿名函數），我們分為參數與返回值兩個特性對 Lambda 的表達差異來說明

參數數量對 Lambda 表達式的影響

無參數 Lambda 表達式










void noParamLambda() {
    
    Runnable runnable = () -> {
        System.out.println("Runnable lambda");
    };

    // 同上（由於 Lambda body 只有一行，所以可以省略大括號）
    Runnable runnable = () -> System.out.println("Runnable lambda");

}

一個參數的 Lambda 表達式：如果只有一個參數，那也可以省略小括號 ()









void oneParamLambda() {

    Consumer<String> consumer = (msg) -> System.out.println("Consumer lambda: " + msg);

    Consumer<String> consumer2 = msg -> System.out.println("Consumer2 lambda: " + msg);

    Consumer<String> consumer3 = (String msg) -> System.out.println("Consumer lambda: " + msg);
    
}

兩個或以上參數的 Lambda 表達式：不能省略小括號，並且參數放置在小括號內





void twoParamsLambda() {

    IntConvert intConvert = (value1, value2) -> System.out.println("Consumer lambda: " + (value1 + value2));

}

返回值對 Lambda 表達式的影響：Lambda 表達式如同一般的函數，返回值只能有一個

使用 return 關鍵字











void lambdaWithReturn() {

    Comparable<Integer> comparable = value -> {
        int result = 0;
        if( value > 10) {
            result = 1;
        }
        return result;
    };

}

不使用 return 關鍵字：

另外 Lambda 表達式返回值有個特點，如果 Lambda 表達式中有返回值，並且我們也可以將 Lambda 表達式控制在「一行」中表達，那就可以省略 return 關鍵字






void lambdaWithReturnSingleLine() {

    // 由於 Body 只有一行，所以可以省略 return
    Comparable<Integer> comparable = value -> (value > 10 ? 1 : 0);

}

函數式介面

在前面的小節中，我們可以看到匿名類與匿名函數（Lambda）其實差異不大，那我們是否可以在 Java 中建立一個介面，並規定該介面可以轉為匿名函數呢？

答案是可以的～在這章中我們就來介紹

自訂函數式介面：FunctionalInterface

自訂函數式介面需要透過 @FunctionalInterface 這個註釋，該註釋保留到運行期間（Runtime）；而使用這個註釋有幾個條件必須遵循，否則會出錯
1. 該註解只能註解在介面（interface）上
2. 介面中只有一個抽象方法 (但可以使用 default、static 定義)，稱為函數式介面

使用註釋@FunctionalInterface 修飾的範例如下

沒有用註釋修飾，編譯器並不會檢查 (Source)，並且擁有一個以上的方法即不是函數式編程，無法取得函數式編程的好處、優點
透過註釋修飾，檢查正確 (一個抽象介面)，也可正常轉 Lambda 表達式

雖然通過註釋修飾，但是超過一個以上的方法，無法編譯過












































public class TestLambda {

    public static void main(String []args) {

        NonSymbol n = new NonSymbol() {
            @Override
            public void Print(String s) {
                System.out.println("Non Symbol");
            }

            @Override
            public void Print(String s, String s2) {

            }
        };

        HaveSymbol h = s -> System.out.println("Have Symbol");
    }
}

// "1. "        Okay, but not lambda
interface NonSymbol {
    void Print(String s);
    void Print(String s, String s2);
}

// "2. "        Okay
@FunctionalInterface
interface HaveSymbol {
    void Print(String s);
    default void Print(String s, String s2) {
        System.out.println(s + s2);
    }
    static void Print () {
        System.out.println("Static");
    }
}

// "3. "        Error
@FunctionalInterface
interface HaveTwoMethid {
    void Print(String s);
    void Print(String s, String s2);
}

Java 內置函數式介面

除了自定義函數式介面之外，Java 也有提供給我們常使用的邏輯判斷介面，說明、範例如下表所示

函數式介面	參數	返回類	Example
`Predicate<T>`(斷定)	`<T>`	boolean	鄉民有 30 cm？
`Consumer<T>`(消費)	`<T>`	void	Print Something
`Function<T, R>`(功能)	`<T>`	`<R>`	接收參數 T 加上 10 後返回
`Supplier<T>`(供應)	Non	`<T>`	創建工廠，直接返回
`UnaryOperator<T>`(特殊 Function)	`<T>`	`<T>`	單個操作數產生的運算結果
`BinaryOperator<T>`(特殊 Function)	`<T, T>`	`<T>`	兩數的相加

Predicate 介面 可以用來做簡單的判定

範例如下：鄉民有 30 cm 的判斷














public class TestJavaAPI {

    public static void main(String []args) {
        boolean result = TestPredicate(31, 
                                       // 傳入 Lambda 表達式
                                       integer -> integer >= 30);
        System.out.println("鄉民有 30cm ? " + result);
    }

    private static  <T> boolean TestPredicate(T value, 
                                              Predicate<T> predicate) {
        return predicate.test(value);
    }
}

Consumer 消費者介面：該介面用於消費數據，當呼叫這個介面時就必須傳入相對的數值

範例如下：將傳入的數值，乘以三倍並打印出來











public class TestJavaAPI {

    public static void main(String []args) {
        TestConsumer(30, 
                     // 傳入 Lambda 表達式
                     (t) -> System.out.println("Value * 3 = " + t * 3));
    }

    private static <T extends Integer> void TestConsumer(T value, Consumer<T> consumer) {
        consumer.accept(value);
    }

Function 介面：該介面可以用來接收一個數據，並將其轉換為另外一種數據（可以把它記成一種轉換器）

範例如下：傳入一個字符串返回其長度












public class TestJavaAPI {

    public static void main(String []args) {
        int length = TestFunction("Alien_Pan", s -> s.length());

        System.out.println("Test String Len: " + length);
    }

    public static <T extends String , U extends Integer> U TestFunction (T value, Function<T, U> function) {
        return function.apply(value);
    }
}

Supplier 提供者介面 ：該介面可以用來作為「提供者」的角色

範例如下：創建小明個人資料，姓名、身高、體重





























class MyInfo {
    String name;
    int height, weight;
    MyInfo(String name, int height, int weight) {
        this.name = name;
        this.height = height;
        this.weight = weight;
    }
}
@RequiresApi(api = Build.VERSION_CODES.N)
public class TestJavaAPI {
    public static void main(String []args) {
        /*  原型
        TestSupplier(new Supplier<MyInfo>() {
            @Override
            public MyInfo get() {
                return null;
            }
        });
         */
        MyInfo info = TestSupplier(() -> new MyInfo("Alien", 170, 65));
        System.out.println("Name: " + info.name);
        System.out.println("Height: " + info.height);
        System.out.println("Weight: " + info.weight);
    }

    public static <T> T TestSupplier(Supplier<T> supplier) {
        return supplier.get();
    }

方法引用

方法引用（Method References）算是 Lambda 表達式函數的一部份

方法引用是一種簡潔且易讀的語法，允許我們「直接引用現有的方法、建構函數、數組」，而 不需要明確地編寫 Lambda 表達式

它在本質上是 Lambda 表達式的一種簡化形式，提供了一種更簡潔的方式來表示某些常見的 Lambda 表達式

方法引用 Method References

在 Java 中方法引用時，需要配合 :: 操作符，它將方法名和物件、類的名稱分開… 常見的使用方式如下
1. 物件::建構函數
2. 類::靜態方法
3. 類::實例方法
  
  使用方法引用時我們可以忽略參數的傳入，而這個前提條件則是：必須與方法引用的參數列表保持一致才可忽略

當使用 Lambda 表達式時，會去實現抽象介面，但如果該介面 已被實現 則可以直接引用，範例如下：



















public static void main(String []args) {
    // 1. static 方法
    //Consumer<String> consumer = s -> System.out.println(s);       原型
    Consumer<String> consumer = System.out::println;

    // 2. 與引用方法的參數列表不一致，所以不能使用方法引用
    Consumer<String> consumer_1 = s -> System.out.println("Name: " + s);    

    // 3. 並無修改參數，可使用引用 static
    BinaryOperator<Integer> b = Math::max;

    // 4. 類普通方法的引用
    String s = TestUnaryOperator("Alien", String::toUpperCase);
    System.out.println(s);
}

public static String TestUnaryOperator(String str, UnaryOperator<String> unaryOperator) {
    return unaryOperator.apply(str);
}

建構函數引用 Constructor Reference

建構函式（也稱為建構器）也可以使用方法來引用

其引用的格式為 ClassName::new… 只要函數介面與建構器的參數列表匹配，就可以自動與介面中的方法相容（即與介面中的參數列表相吻合）；以下是一個範例





















class MyInfo {
    String name;
    int height, weight;
    MyInfo() {
    }

    MyInfo(String name, int height, int weight) {
        this.name = name;
        this.height = height;
        this.weight = weight;
    }
}

public static void TestMethod_2() {
    //"1. " 參數列表不吻合，Supplier 是一個無參介面
    Supplier<MyInfo> s1 = () -> new MyInfo("Alien", 100, 35);
    
    //"2. " 使用無參構造器與無參介面吻合，可以使用建構函數引用
    Supplier<MyInfo> s2 = () -> new MyInfo();
    Supplier<MyInfo> s3 = MyInfo::new;
}

Supplier<MyInfo> s1 = () -> new MyInfo("Alien", 170, 65); 說明：

此處的參數列表不匹配，因為 Supplier 介面是一個無參界面，而建構函數 MyInfo(String name, int height, int weight) 需要三個參數。因此不能使用建構函式引用
Supplier<MyInfo> s2 = () -> new MyInfo(); 和 Supplier<MyInfo> s3 = MyInfo::new; 說明：

這兩個範例中使用了無參構造器，符合 Supplier 介面的無參要求，因此可以使用建構子來參考 MyInfo::new 來取代 Lambda 表達式 () -> new MyInfo()

數組引用 Array References

數組引用（Array References）是一種方法引用，允許你使用簡單的語法來創建數組

它使用類似於構造函數引用的語法，即 Type[]::new，並且需要與目標函數接口的參數列表相匹配… 這種方法引用可以使代碼更加簡潔和易讀

範例如下：

















public static void TestMethodArray() {
    MyInfo[] m = new MyInfo[3];

    // Java 原型
    Function<Integer, MyInfo[]> function = new Function<Integer, MyInfo[]>() {
        @Override
        public MyInfo[] apply(Integer integer) {
            return new MyInfo[integer];
        }
    };

    // 1. Lambda 原型
    Function<Integer, MyInfo[]> function1 = integer -> new MyInfo[integer];

    // 2. 數組引用
    Function<Integer, MyInfo[]> function2 = MyInfo[]::new;
}

Lambda 原型
- 使用 Lambda 表達式來簡化匿名內部類的寫法，這段程式碼與上述匿名內部類的功能相同
- integer -> new MyInfo[integer] 是 Lambda 表達式，根據傳入的 integer 參數來創建一個新的 MyInfo 數組
數組引用
- 使用數組引用來進一步簡化 Lambda 表達式，這是一種特殊的構造函數引用語法，用於創建數組
- MyInfo[]::new 是數組引用，根據傳入的 integer 參數來創建一個新的 MyInfo 數組

Appendix & FAQ

是簡短了不少的代碼量，不過這要好好熟悉，不然不建議使用，因為可讀性差

Java Lambda 表達式、方法引用

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函數式編程

閉包 Closure 概念：與 Callback 的差別

為何要學函數式編程：與物件導向的差異

Java Lambda

匿名類、Lambda 差異

Java Lambda 語法、格式

函數式介面

自訂函數式介面：FunctionalInterface

Java 內置函數式介面

方法引用

方法引用 Method References

建構函數引用 Constructor Reference

數組引用 Array References

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