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. <font style="color:rgb(44, 44, 54);">参数列表</font><font style="color:rgb(44, 44, 54);">：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。</font>
2. <font style="color:rgb(44, 44, 54);">箭头符号</font><font style="color:rgb(44, 44, 54);">：</font>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. <font style="color:rgb(44, 44, 54);">Lambda 体</font><font style="color:rgb(44, 44, 54);">：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。</font>

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<Integer>，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<Integer> 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。