面试官:说说Lambda表达式底层原理?

简介: 面试官:说说Lambda表达式底层原理?

Lambda 表达式是 Java 8 引入的一种简洁的表示匿名方法的方式,使用它可以用于替代某些匿名内部类对象,从而让程序更简洁,可读性更好。但 Lambda 表达式的底层是如何实现的呢?接下来我们一起来看。

1.未Lambda表达式

未使用 Lambda 表达式之前,我们创建一个线程,可以这样写:

Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
   
   
    @Override
    public void run() {
   
   
        System.out.println("t1");
    }
});
t1.start();

其中 Runnable 匿名内部类,查看 Runnable 源码,我们可以看到 Runnable 的实现如下:

1.1 什么是匿名内部类?

匿名内部类是在 Java 中定义的一个没有名称的内部类。它通常在一个类的成员位置或者方法体内直接定义,并且立即实例化。

匿名内部类的主要用途在于简化代码,避免为了实现一个简单的功能而定义一个完整的类。它特别适用于只需要一次使用的类,比如实现一个接口的单方法(即函数式接口)的场合。

PS:自从 Java 8 引入 Lambda 表达式后,很多原本使用匿名内部类的地方可以被更简洁的 Lambda 表达式替代。

上面代码中的 new Runnable 就是一个标准匿名内部类的使用。

1.2 什么是@FunctionalInterface?

@FunctionalInterface 是 Java 8 引入的一个注解,它用于标记一个接口为函数式接口

函数式接口是指只包含一个抽象方法的接口。这个注解虽然不是必需的,但它提供了一种明确的方式告诉编译器和开发者,这个接口是设计为函数式接口的。

@FunctionalInterface 注解的作用如下:

  1. 编译时检查:当一个接口被标记为 @FunctionalInterface 时,编译器会检查该接口是否只有一个抽象方法。如果不符合函数式接口的定义(即存在多个抽象方法),编译器会报错,提醒开发者修正。这为开发者提供了明确的编译时保障,确保所标记的接口确实符合函数式接口的要求。
  2. 代码明确性:即使不加 @FunctionalInterface 注解,只要接口符合函数式接口的定义,它仍然可以被视为函数式接口。但注解的存在增加了代码的明确性和可读性,使得其他开发者更容易理解该接口的设计意图。
  3. 支持 Lambda 表达式:函数式接口的主要目的是为了支持 Lambda 表达式。通过 Lambda 表达式,开发者可以以更简洁的方式实现函数式接口的抽象方法,从而减少模板代码,使代码更加简洁和易于理解。由于 Lambda 表达式本身不包含类型信息,Java 编译器需要一种机制来确定 Lambda 表达式对应的目标类型。函数式接口就扮演了这一角色——Lambda 表达式可以被赋值给任何兼容的函数式接口类型,编译器会依据接口的唯一抽象方法来推断 Lambda 表达式的参数类型和返回类型。

在 Java 标准库中,有许多使用 @FunctionalInterface 注解的接口,如 java.util.function 包下的 Function、Predicate、Consumer 等,这些接口都是函数式接口,广泛用于数据处理、过滤、转换等操作。此外,在 Spring Boot 框架中,也经常使用函数式接口来定义事件监听器、回调函数等。

2.使用Lambda表达式

未使用 Lambda 表达式之前,我们创建一个线程是这样写的:

Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
   
   
    @Override
    public void run() {
   
   
        System.out.println("t1");
    }
});
t1.start();

而用了 Lambda 表达式,我们可以这样写:

Thread t1 = new Thread(() -> {
   
    System.out.println("t1"); });
t1.start();

从上述代码可以看出,当我们使用 Lambda 表达式之后,代码就变得更简洁和优雅了。

3.Lambda详解

Lambda 表达式的语法形式如下:
(parameters) -> expression

或者是:

(parameters) -> {
   
    statements; }
以上语法含义如下:
  1. 参数列表:在圆括号内的部分,用于定义传递给 Lambda 体的参数。参数列表可以为空,也可以包含多个参数,参数之间用逗号隔开。
  2. 箭头符号是 Lambda 表达式的分隔符,将参数列表与表达式或语句块分隔开。
  3. Lambda 体:包含了具体的执行逻辑,可以是一个表达式或是一个由多个语句组成的代码块。

3.1 使用场景

Lambda 表达式主要用于执行函数式接口(Function Interface),即只有一个抽象方法的接口。常见的函数式接口包括 java.util.function 包下的 Predicate、Function、Consumer 等。

3.2 举个例子

假设我们有一个List,并且我们想要对这个列表进行过滤操作,只保留偶数元素。使用 Lambda 表达式可以非常方便地实现这一功能:

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;

public class Main {
   
   
    public static void main(String[] args) {
   
   
        List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9);
        // 使用 Lambda 表达式过滤出偶数
        List<Integer> evenNumbers = numbers.stream()
                                           .filter(n -> n % 2 == 0)
                                           .collect(Collectors.toList());
        System.out.println(evenNumbers); // 输出 [2, 4, 6, 8]
    }
}

在这个例子中,n -> n % 2 == 0 是一个 Lambda 表达式,它接受一个整数 n 作为输入参数,并返回一个布尔值。这个 Lambda 表达式被用作 filter 方法的参数,该方法期望一个 Predicate 类型的函数式接口实例。

4.Lambda底层原理

Lambda 底层运行原理如下:

  1. 在程序运行时,会在类中生成一个匿名内部类,匿名内部类会实现接口,并重写接口中的抽象方法。
  2. 类中会生成一个静态方法,静态方法中的代码就是 Lambda 表达式中的代码。
  3. 匿名内部类重写的抽象方法,会调用上一步的静态方法,从而实现 Lambda 代码的执行。

所以,综合来说,Lambda 表达式其实是匿名内部类的语法糖,这个语法糖在程序执行时会进行兑现,也就是生成匿名内部类并进行任务执行。

课后思考

使用 javap 能否看出 Lambda 表达式的执行原理呢?说说具体的操作步骤。

本文已收录到我的面试小站 www.javacn.site,其中包含的内容有:Redis、JVM、并发、并发、MySQL、Spring、Spring MVC、Spring Boot、Spring Cloud、MyBatis、设计模式、消息队列等模块。

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