Java学习之旅第三季-18：方法引用

18.1 方法引用概述

除了 lambda 表达式之外，Java 8 还引入了另一个新的特性，其通过语言语法的改变实现了这一变化，即通过方法引用（Method Reference）来创建 Lambda 表达式。这是一种简化的语法糖，利用新的 "::"（双冒号）运算符来引用现有的方法，而非从现有方法创建一个 Lambda 表达式，从而简化了代码。

语法形式如下：

复制代码

<限定>::<方法名>

该方法不会立即运行，会在目标类型调用时运行。根据期望替换的 Lambda 表达式以及需要引用的方法类型，可以使用以下几种具体引用方式：

TypeName::staticMethod：引用类、接口或枚举中的一个静态方法
objectRef::instanceMethod：引用对象的实例方法
ClassName::instanceMethod：引用类的实例方法
TypeName.super::instanceMethod：引用父类的实例方法
ClassName::new：引用类的构造方法
ArrayTypeName::new：引用数组的"构造方法"

本小节使用的案例如下：

java 复制代码

public class Reference {
    public Reference() {
    }

    public Reference(String name) {
        System.out.println(name);
    }
    
    /**
     * 计算两个整数之和
     *
     * @param num1 第一个整数
     * @param num2 第二个整数
     * @return 两个整数之和
     */
    public static int add(int num1, int num2) {
        return num1 + num2;
    }
    /**
     * 计算两个整数之差
     *
     * @param num1 第一个整数
     * @param num2 第二个整数
     * @return 两个整数之差
     */
    public int sub(int num1, int num2) {
        return num1 - num2;
    }
}

18.2 静态方法引用

静态方法引用的形式为：

复制代码

TypeName::staticMethod   // 前面是某个类型，后面是静态方法名

现在先声明一个函数式接口：

java 复制代码

@FunctionalInterface
public interface MyInterface1 {
    int process(int num1, int num2);
}

该函数式接口可以使用Lambda表达式赋值，例如：

java 复制代码

MyInterface1 obj = (num1, num2) -> num1 + num2;

如果希望使用已经存在的方法，就可以使用方法引用的语法：

java 复制代码

MyInterface1 obj = Reference::add;
System.out.println(obj.process(10, 20));

由于方法引用是在Reference的静态方法add上，使用 Reference::add 就能正确的赋值到 MyInterface1类型的变量。

MyInterface1如果如果泛型接口也是可以的：

java 复制代码

public interface MyInterface1<T extends Number> {
    T process(T num1, T num2);
}

将add的方法引用赋值给MyInterface1完全没问题，将两个实参传给函数式接口的方法即可调用到Reference的add方法：

java 复制代码

MyInterface1<Integer> obj1 = Reference::add;
System.out.println(obj1.process(10, 20));      // 输出 30

18.3 对象实例方法引用

要在对象的实例方法上应用方法引用，则需要使用以下的语法的形式：

复制代码

objectRef::instanceMethod    // 前面是某个对象，后面是实例方法名

这一次我们将Reference对象上声明的实例方法 sub 使用方法引用赋值给函数式接口MyInterface1：

java 复制代码

Reference reference = new Reference();        // 声明 Reference 类型的对象 reference
MyInterface1<Integer> onj2 = reference::sub;
System.out.println(onj2.process(10, 20));     // 输出 -10

如果是在非静态代码块或非静态方法中，其当前类中有合适的方法，也可以使用this来引用本类中的方法，这一次方法的参数及返回值类型都是 double，所以泛型函数式接口的类型参数就是 Double：

java 复制代码

public class ReferenceDemo {
    private double sub(double num1, double num2) {
        return num1 - num2;
    }
    
 	{
        MyInterface1<Double> obj2 = this::sub;
        System.out.println(obj2.process(1.2, 3.4));
    }
    
    public void test() {
        MyInterface1<Double> obj2 = this::sub;
        System.out.println(obj2.process(1.2, 3.4));
    }
}

也可以引用父类的方法，比如，有这样一个函数式接口：

复制代码

public interface MyInterface3 {
    String method();
}

在ReferenceDemo中增加一个重写的 toString 方法与一个非静态方法 getInfo 如下：

java 复制代码

public void getInfo() {
    MyInterface3 obj = this::toString;
    System.out.println(obj.method());
    obj = super::toString;  // 引用父类的toString方法
    // 下面这句与上面这句效果是一样的
    obj = ReferenceDemo.super::toString;
    System.out.println(obj.method());
}

@Override
public String toString() {
    return "ReferenceDemo toString()";
}

在主方法中调用 getInfo() 方法，运行结果如下：

复制代码

ReferenceDemo toString()
com.laotan.article18.ReferenceDemo@5674cd4d

可以看到分别调用了本类的 toString() 与父类（Object）的toString().

18.4 类实例方法引用

类的实例方法引用语法形式如下：

复制代码

ClassName::instanceMethod   // 前面是类名，后面是实例方法名

这种类型的方法引用可能会与静态方法引用混淆。不过其中的ClassName 表示被引用的实例方法所在的实例类型。它也是 Lambda 表达式的第一个参数。这样引用方法就会在传入的实例上被调用。请看下面的该函数式接口：

java 复制代码

@FunctionalInterface
public interface MyInterface2 {
    int process(Reference reference, int num1, int num2);
}

其中的方法第1个参数就是Reference类型，意味着调用时实参是Reference类型的实例，如果使用方法引用与Lambda表达式如下所示：

java 复制代码

MyInterface2 obj = Reference::sub;                      // 引用类的实例方法
obj = ((r, num1, num2) -> reference.sub(num1, num2));   // 对应的 Lambda 表达式

这种引用语法并非绑定到特定的对象上。相反，它们指向的是某个类型的一个实例方法，从函数式接口中抽象方法的声明与Lambda表达式可以看到，第一个参数就是类的实例，所以在调用时需要传入的第一个实参必须是该类的实例：

java 复制代码

Reference reference = new Reference();
System.out.println(obj.process(reference, 10, 20));   // 输出 -10

当然也可以改进函数式接口为泛型版本：

java 复制代码

@FunctionalInterface
public interface MyInterface2<T,R> {
    R process(T t, R num1, R num2);
}

这样能引用的方法就不局限于某一个特定类的静态方法了：

java 复制代码

MyInterface2<Reference, Integer> obj2 = Reference::sub;

18.5 构造方法引用

最后一种方法引用指的是一个类型的构造方法。构造方法方法引用的格式如下：

复制代码

ClassName::new      // 前面是类名，后面是关键字new

构造方法与方法类似，有参数列表，且会返回一个实例，下面声明一个泛型版本的函数式接口如下：

java 复制代码

public interface MyInterface4<T, R> {
    R method(T t);
}

上面函数式接口的唯一方法只接收了一个参数，且有返回结果；当然也可能没有参数，且不需要返回值：

java 复制代码

public interface MyInterface5 {
    void method();
}

现在我们就可以使用上面两个函数式接口接收构造方法引用或Lambda表达式：

java 复制代码

MyInterface4<String,Reference> o1 = Reference::new;   // Reference有String参数的构造方法
o2 = s -> new Reference(s);                           // 对应的 Lambda 表达式

MyInterface5 o2 = Reference::new;         // Reference 的无参构造方法
o2 = () -> {                              // 对应的 Lambda 表达式，没有接收构造方法的返回值
    new Reference();
};

针对数组也有类似的用法：

java 复制代码

MyInterface4<Integer, int[]> array = int[]::new;  // 引用数组的"构造方法"
array = size -> new int[size];                    // 对应的Lambda表达式
int[] nums = array.method(5);                     // 创建大小为5 的int 数组

18.6 小结

Java 8 引入的方法引用是一种简化Lambda表达式的语法糖，通过"::"运算符引用现有方法。主要包括静态方法引用、对象实例方法引用、类实例方法引用和构造方法引用。方法引用不会立即执行，而是在目标类型调用时运行。静态方法引用可直接通过类名调用，实例方法引用需要通过对象或this引用，构造方法引用可用于创建对象实例。方法引用能显著简化代码，提高可读性，是函数式编程的重要特性。