Lambda、函数式接口与闭包捕获
Lambda 表达式为只有一个抽象方法的接口提供实现，让行为可以作为参数和返回值传递。它依赖目标接口确定参数与返回类型，并能读取外层作用域中不再变化的局部变量。
1. Lambda 的目标类型是函数式接口
Predicate<String> isBlank = value -> value.isBlank();
编译器从左侧的 Predicate<String> 得知：
- 参数类型是
String。 - 返回类型是
boolean。 - Lambda 要实现的方法是
test。
Lambda 本身没有独立的名义类型，必须出现在能够推断目标类型的上下文中，例如赋值、方法参数、返回值或显式类型转换。
static Predicate<String> longerThan(int length) {
return value -> value.length() > length;
}
1.1 什么是函数式接口
函数式接口只有一个抽象方法：
@FunctionalInterface
public interface Converter<S, T> {
T convert(S source);
}
default 和 static 方法不计入抽象方法数量。与 Object 公开方法签名相同的声明也不会让接口失去函数式接口资格。
@FunctionalInterface 不是必须的，但能让编译器阻止后续修改意外增加第二个抽象方法。准备作为 Lambda 目标的公开接口应当添加它。
1.2 同一段 Lambda 可以对应不同接口
Callable<String> task = () -> "done";
Supplier<String> supplier = () -> "done";
两个 Lambda 形状相同，但目标接口不同，异常契约和使用场景也不同。Java 使用结构匹配确定 Lambda 能否实现接口，却仍然保留接口的名义类型，Callable<String> 不能直接赋给 Supplier<String>。
2. 常用函数式接口
java.util.function 提供了通用接口：
| 接口 | 抽象方法 | 语义 |
|---|---|---|
Function<T, R> | R apply(T value) | 把 T 转换为 R |
Predicate<T> | boolean test(T value) | 判断条件 |
Consumer<T> | void accept(T value) | 消费值并产生副作用 |
Supplier<T> | T get() | 延迟提供值 |
UnaryOperator<T> | T apply(T value) | 同类型转换 |
BinaryOperator<T> | T apply(T left, T right) | 合并两个同类型值 |
Function<User, String> name = User::displayName;
Predicate<User> active = User::active;
Consumer<User> audit = auditService::record;
Supplier<User> guest = User::guest;
对大量基本类型数据，IntFunction、IntPredicate、IntConsumer 等专门接口可以减少装箱。
2.1 组合小函数
Predicate<User> activeAdult = User::active;
activeAdult = activeAdult.and(user -> user.age() >= 18);
Function<User, String> normalizedName = User::displayName;
normalizedName = normalizedName.andThen(String::trim);
组合适合短、纯粹且命名清楚的转换。把异常处理、远程调用和多步状态修改堆进一条函数链，通常会降低可读性。
3. 捕获外层变量
Lambda 可以读取外层局部变量，但这些变量必须是 final 或有效 final：
int minimumLength = 3;
Predicate<String> accepted = value -> value.length() >= minimumLength;
// minimumLength = 5; // 编译错误：变量不再是有效 final
局部变量的值会被捕获。Lambda 可能在创建它的方法返回后才执行，如果允许同时修改原局部变量，就需要定义两个生命周期之间的共享与可见性语义。Java 通过有效 final 限制避免了这类局部变量共享。
3.1 对象引用不变，不代表对象状态不变
List<String> names = new ArrayList<>();
Consumer<String> addName = names::add;
addName.accept("Lin");
变量 names 没有重新赋值，所以可以捕获；它指向的列表仍然可变。多个线程调用这个 Consumer 时，ArrayList 不会因为引用是 final 就变得线程安全。
函数式代码更适合无副作用转换。必须修改共享对象时，仍然要按并发模型同步或隔离状态。
3.2 成员字段不受有效 final 限制
Lambda 可以读写当前对象的字段：
final class Counter {
private int value;
Runnable incrementer() {
return () -> value++;
}
}
字段属于对象状态，不是被复制的局部变量。这个例子在多线程下仍有数据竞争，Lambda 不提供额外同步。
4. this 与匿名内部类不同
Lambda 不建立新的 this 作用域，内部的 this 指向外层对象：
final class Service {
Runnable task() {
return () -> System.out.println(this.getClass().getSimpleName());
}
}
匿名内部类中的 this 指向匿名类实例。迁移旧代码时，如果逻辑使用了 this 或 super，不能只做机械语法替换。
Lambda 也不应该依赖生成对象的具体类名、对象身份或序列化形态。JVM 可以用不同策略实现同一个调用点。
5. 方法引用是已有调用的简写
常见方法引用有四种形式：
Function<String, Integer> parse = Integer::parseInt; // 静态方法
Supplier<String> getName = user::displayName; // 特定对象实例方法
Function<String, String> trim = String::trim; // 任意对象实例方法
Supplier<List<String>> listFactory = ArrayList::new; // 构造方法
String::trim 对应的第一个函数参数成为方法接收者，可以理解为 value -> value.trim()。
方法引用只有在目标接口已知、参数映射直观时才更清楚。需要重新排列参数、补充条件或处理异常时，普通 Lambda 往往更容易读。
6. 异常与 Lambda
函数式接口的抽象方法是否声明受检异常，决定 Lambda 能否直接抛出：
Callable<String> callable = () -> Files.readString(path);
// Supplier<String> supplier = () -> Files.readString(path);
// 编译错误：Supplier.get 不声明 IOException
不要为了塞进 Function 就统一把受检异常包装成没有语义的 RuntimeException。可以定义带明确异常契约的领域接口，在调用边界转换异常，或把 I/O 与纯转换拆成不同阶段。
7. Lambda 在运行时怎样实现
Java 编译器通常使用 invokedynamic 调用点，由 LambdaMetafactory 等运行时引导逻辑创建实现。它不要求每个 Lambda 都编译成一个普通匿名内部类文件。
这个实现方式让 JVM 可以按捕获状态和调用热度选择策略：无捕获 Lambda 可能复用实例，有捕获 Lambda 需要保存捕获值。但语言规范不保证对象是否复用，业务代码不能用 == 判断两个 Lambda 是否“相同”。
对日常开发更重要的是目标类型和行为契约。只有排查性能、字节码或框架兼容问题时，才需要进入 invokedynamic 和调用点细节。
8. 常见问题
8.1 函数式接口能有多个方法吗
可以有多个 default、static 或 private 方法，但只能有一个需要实现的抽象方法。两个抽象方法即使参数相同但返回类型不兼容，也不能作为 Lambda 目标。
8.2 Lambda 一定比匿名内部类快吗
不能只按语法判断。实现、分配和 JIT 优化取决于捕获状态、调用点是否稳定和 JDK 版本。两者首先应按 this 语义、接口需求和可读性选择，热点路径再用基准测试验证。
8.3 为什么循环变量有时可以被捕获
增强 for 的每次迭代会产生一个新的迭代变量值，因此每次捕获对应当次值。普通循环中不断修改同一个索引变量，它不是有效 final，不能直接捕获；可以在循环体中复制到新的 final 局部变量。
8.4 Lambda 能否序列化
只有目标类型同时实现 Serializable 时才可能序列化，但生成格式与捕获实现不适合作为长期协议。任务持久化应保存业务参数和任务类型，再由稳定代码重建行为，不保存 Lambda 对象。
9. 面试题
9.1 什么是函数式接口，Function、Consumer 和 Supplier 有什么区别
出现公司：快手、印宏网络科技
考察重点
- 单一抽象方法怎样成为 Lambda 的目标类型。
- 输入、输出与副作用如何区分常用接口。
- 默认方法是否影响函数式接口资格。
相关内容：第 1 节“Lambda 的目标类型是函数式接口”、第 2 节“常用函数式接口”。
参考回答
函数式接口只有一个需要实现的抽象方法，可以有多个默认或静态方法。Lambda 根据目标函数式接口推断参数、返回类型和异常契约，@FunctionalInterface 可以让编译器检查这个约束。
Function<T,R> 把输入转换为输出，Consumer<T> 接收输入并执行没有返回值的副作用，Supplier<T> 不接收参数并延迟提供一个结果。选择接口应根据行为语义，而不是为了使用 Lambda 强行套类型。
9.2 Lambda 表达式依赖什么目标类型，平时怎样使用
出现公司：用友
考察重点
- Lambda 为什么必须匹配函数式接口。
- 常用函数式接口与方法引用的选择。
- 捕获局部变量时的有效 final 限制。
相关内容：第 1 节“Lambda 的目标类型是函数式接口”、第 2 节“常用函数式接口”、第 3 节“捕获外层变量”。
参考回答
Lambda 没有独立的名义类型，它需要赋给或传给一个函数式接口，编译器据此确定参数、返回值和异常契约。数据转换常用 Function，条件判断使用 Predicate，产生副作用使用 Consumer，延迟提供数据使用 Supplier。只有在参数映射直观时，才用方法引用进一步简化。
Lambda 可以捕获 final 或有效 final 的局部变量。捕获对象引用时，引用不能重新赋值，但对象状态仍然可能变化，因此并发调用时仍需处理线程安全。