Лямбда-выражения в Java — это специальные блоки с характеристиками, которые подставляются из других строк в программе. Применение метода помогает сократить объем кода, сделать текст прозрачным и ускорить компиляцию. Прочитав статью, вы узнаете, что такое λ-выражения в Java, какие задачи они решают, и почему стоит научиться их использовать.
Что такое лямбда-выражения
Название метода произошло от лямбда-исчисления, которое разработал профессор Алонзо Черч. При вычислениях он отмечал параметры греческой буквой λ.
В языке Java лямбда-выражениями называют анонимные классы, у которых нет имен. Метод был добавлен в 8-ой версии синтаксиса. Анонимные классы позволяют реализовать функциональные интерфейсы и сделать программу более читаемой. Они передают блок в качестве характеристики для подстановки в сторонний блок.
Функциональными интерфейсами в Java называют описание метода без тела. Данный интерфейс включает только один абстрактный метод. Одним из аргументов является готовый алгоритм.
У λ-выражений есть доступ к переменным из зоны видимости. После вставки характеристик они будут возвращать значения, которые соответствуют критериям. Нельзя настроить возврат только в выбранных ветках, а в следующих отключить эту возможность.
Для чего они необходимы
При разработке софта часто возникают ситуации, когда в разных фрагментах должен выполняться повторяющийся алгоритм. Разница между блоками заключается только в типах данных, которые в них подставляются. Тогда лучше не копировать похожие блоки, а создать новый метод и вызывать его в разных местах.
Предложенный метод решения проблемы подходит для передачи простых данных. Иногда в метод требуется вставлять не обычные переменные, а исполняемые блоки. Может понадобиться создать алгоритм для обработки элементов массива, которые соответствуют списку критериев. Но условия сортировки могут быть неизвестными или меняться во время работы. Решить эту задачу помогают функциональные интерфейсы.
Структура описания
Описание λ-выражения состоит из перечисления параметров и стрелки, после которой идет тело функции. Когда в левой части указан один критерий, скобки не обязательны. Если критериев 0 или больше 1, их нужно проставлять. В блоках, которые записываются одной строкой, команду return можно не указывать.
Запись проводится по стандарту:
(перечисление критериев) -> тело
Ключевым элементом в записи является (->). Этот символ называется лямбда-оператор.
Использование алгоритма для склейки двух строчек текста:
interface StringConcat {
public String sconcat(String a, String b);
}
public class Example {
public static void main(String args[]) {
StringConcat s = (str1, str2) -> str1 + str2;
System.out.println("Result: "+s.sconcat("Привет ", "мир"));
}
}
Параметры в лямбда-выражениях
В составе алгоритма могут быть параметры, по типу соответствующие методу функционального интерфейса. При записи блока тип указывать не обязательно, но можно это сделать.
Стандарты записи алгоритмов:
- Более двух параметров: operation = (int x, int y)->x+y;
- Без дополнительных критериев: ()-> 30 + 20;
- С единственным параметром: n-> n * n.
Пример алгоритма, который проверяет цифры на четность:
(n) -> (n % 2) == 0
Более сложный пример: интерфейс, который переставляет буквы в слове в обратном порядке.
@FunctionalInterface
interface MyInterface {
String reverse(String n);
}
public class Main {
public static void main( String[] args ) {
MyInterface ref = (str) -> {
String result = "";
for (int i = str.length()-1; i >= 0 ; i--)
result += str.charAt(i);
return result;
};
System.out.println("Lambda reversed = " + ref.reverse("Lambda"));
}
}
Результат выполнения алгоритма:
Lambda reversed = adbmaL
Типы лямбда-выражений
Принято классифицировать алгоритмы по числу строчек. Блоки разделяются на два вида:
- однострочные;
- блочные или многострочные.
Однострочный алгоритм, который выводит на экран определенный текст:
() -> System.out.println("Cats are great");
Многострочный алгоритм, который возвращает число Пи. Для вызова числа применяется оператор return.
() -> {
double pi = 3.1415;
return pi;
};
Блочная запись позволяет выполнять несколько операций внутри одного интерфейса. Каждое из требуемых действий записывается в фигурных скобках. Команды необходимо разделять точкой с запятой. Внутри алгоритма могут быть вложенные блоки, повторяющиеся циклы, конструкции if и switch и другие элементы.
Примеры использования
В этом разделе мы с вами рассмотрим несколько простых алгоритмов, написанных на Java. Блоки с λ-выражениями не могут выполняться без привязки к функциональному интерфейсу. Чаще всего они используются для сортировки и фильтрации массивов.
Функциональные интерфейсы
Как объявить функциональный интерфейс в среде разработки:
import java.lang.FunctionalInterface;
@FunctionalInterface
public interface MyInterface{
double getValue();
}
Предложенный интерфейс включает единственный абстрактный метод под названием getValue(). По этому критерию можно отнести его к функциональным.
Аннотация FunctionalInterface позволяет компилятору определить статус блока. Но при разработке алгоритмов разрешается ее опускать. В интерфейс можно вставить несколько лямбда-выражений для выполнения перечня операций, не связанных друг с другом.
Использование для сортировки
Разработчики часто используют метод при сортировке массивов. Он применяется в компараторах — алгоритмах для парного сравнения по выбранным критериям. Например, при сортировке чисел по возрастанию используются 3 состояния: больше, меньше или равно.
Мы с вами рассмотрим простое действие, сортировку массива с названиями цветов по последней букве слова:
List<String> colors = Arrays.asList("Red", "Green", "Blue");
Collections.sort(colors, (o1, o2) -> {
String o1LastLetter = o1.substring(o1.length() - 1);
String o2LastLetter = o2.substring(o2.length() - 1);
return o1LastLetter.compareTo(o2LastLetter);
})
Использование для фильтрации
Прописать λ-выражения можно для фильтрации коллекции. Для примера рассмотрим одну более сложную задачу. Допустим, нам требуется отфильтровать коллекцию по значению (filter), изменить элементы (map) и подготовить перечень (collect).
Как правильно решить предложенную задачу:
final double currencyUsdRub = 80;
List<Double> pricesRub = Arrays.asList(25d, 50d , 60d, 12d, 45d, 89d);
List<Double> pricesUsdGreater50Rub = pricesRub.stream()
.filter(d -> d > 50)
.map(d -> d / currencyUsdRub)
.collect(Collectors.toList());
Особенности работы
Рассмотрим еще несколько примеров использования лямбда-выражений. Они часто применяются для захвата переменных из разных частей программы. При написании блока можно задать список исключений из установленного правила.
Условия захвата переменных
Лямбда-выражения выполняют захват локальных переменных на уровне класса и метода. Данные для обработки подставляются из разных частей программы.
Рассмотрим пример по сложению двух чисел. Он интересен тем, что первая переменная меняется на заданное число, а вторая остается неизменной.
public class LambdaApp {
static int x = 10;
static int y = 20;
public static void main(String[] args) {
Operation op = ()->{
x=30;
return x+y;
};
System.out.println(op.calculate());
System.out.println(x);
}
}
interface Operation{
int calculate();
}
В результате выполнения описанного алгоритма получится число 50. Локальные переменные для расчетов объявлены на уровне классов, поэтому с ними не возникает проблем. О недостатках при работе на уровне методов мы расскажем в соответствующем разделе.
Алгоритмы для работы с исключениями
При написании алгоритмов может возникнуть необходимость сделать исключение из правила. Для этого внутри лямбда-выражения следует задать условие, при выполнении которого автоматически будет генерироваться исключение. В библиотеке Java есть заранее определенные исключения. Если рабочая ситуация не соответствует шаблонам, критерии проверки можно задать вручную.
На возникновение нестандартной ситуации указывает команда throw. Условие, от которого зависит генерация исключения, прописывается в блоке try-catch. Если заданный критерий не выполняется, процесс обрабатывается стандартным способом. При выполнении условия программа генерирует исключение в ответ на запрос.
Рассмотрим программу, которая делит одно число на другое и проверяет, равно ли второе число нулю. Если заданное условие не выполняется, программа выводит на экран результат расчетов. Если второе число представляет собой ноль, алгоритм создает исключение. Пользователь увидит результат 0.0.
Вычисления проводятся с помощью алгоритма:
interface IDivNumbers {
double Division(double a, double b);
}
public class Lambda {
public static void main(String[] args) {
IDivNumbers ref;
ref = (1, 2) -> {
try {
if (b==0)
throw new ArithmeticException("Exception: divide by zero.");
return a/b;
}
catch (ArithmeticException e) {
System.out.println(e.getMessage());
return 0.0;
}
};
double res = ref.Division(5, 0);
System.out.println("res = " + res);
}
}
Что увидит пользователь, когда второе число равно нулю:
Exception: divide by zero.
res = 0.0
Преимущества использования
Краткость и удобство кода. Чем меньше строчек требуется для выполнения алгоритма, тем лучше. Каждая строчка в программе должна быть понятной любому разработчику, который в первый раз видит файл. Требование к читаемости кода упрощает работу в компании, поскольку проекты легко передавать другим специалистам. Умение писать лаконично полезно и для самого программиста. Краткость экономит рабочее время и помогает быстрее находить и исправлять ошибки.
Отложенное выполнение (deferred execution). Разработчик может прописать шаблон в одном блоке и вызывать его неограниченное число раз в других фрагментах программы. Система отложенного выполнения позволяет:
- Запускать алгоритм в отдельном потоке.
- Повторять одну операцию несколько раз.
- Запускать алгоритм после выполнения заданного условия.
Использование функциональных интерфейсов. Реализация этих блоков избавляет разработчиков от громоздких записей и дает возможность быстро преобразовать функциональность в метод. За счет лямбды можно работать с Java как с функциональными системами программирования. Такая возможность обеспечивает принципиально новый подход к записи алгоритмов.
Недостатки использования
Сложность понимания концепции. Многие начинающие веб разработчики жалуются на то, что им трудно освоить принцип работы и научиться правильно вставлять ссылки. Решить эту и другие проблемы можно, если заниматься на онлайн-курсах, а не изучать программирование по книгам и видеоролик. Преподаватель будет взаимодействовать с вами и отвечать на вопросы так, чтобы понятно объяснить сложные моменты для начинающих
Ограничения по работе с локальными переменными иногда вызывают сложности даже у опытных веб разработчиков. В λ-выражения можно подставлять локальные переменные, объявленные в общей зоне видимости алгоритма, на уровне метода или класса. Если они выделены в пределах класса, их можно подставлять или изменять в процессе обработки массива.
Когда локальные переменные выделены на уровне метода, их можно подставлять в лямбды, но нельзя их изменять. При попытке выполнить это действие среда разработки покажет сообщение об ошибке. Появится рекомендация отметить переменную командой final, чтобы превратить ее в константу (например, final int x=50).
Не получится изменить ссылки, к которым обращаются λ-выражения, даже за пределами блока. Фактически они становятся константами, даже если специально не отмечать их указателем final.
Лямбда-выражения — это анонимные блоки, которые обращаются к данным из других фрагментов программы. Они предназначены для реализации функциональных интерфейсов. Работа с ними упрощает программу, делает ее прозрачной и легко читаемой, ускоряет компиляцию алгоритма.
На смену сложной последовательности циклов и условных операторов приходят короткие цепочки вызовов. Алгоритмы записывается в стиле функционального программирования. Для получения желаемого результата методы применяются к массивам или другим операциям.
Умение использовать λ-выражения повышает шансы устроиться на интересную и перспективную работу. Многим IT-компаниям необходимы программисты, которые умеют писать функциональные интерфейсы. Стремлением к краткости и удобству программ является одним из ведущих трендов в веб разработке. Получить необходимые для трудоустройства знания и навыки можно на онлайн курсах для Java разработчиков.
