はじめに

本記事ではJavaのラムダ式および関数型インタフェースの基本とその背景について説明していきます。

対象者

・ラムダ式および関数型インタフェースを初めて学ぶ初心者
・基礎的な知識を習得済みで、再確認や実践例を通じて理解を深めたい方

ラムダ式とは何か？

ラムダ式の背景

Javaのラムダ式は、Java 8で導入された機能です。
それ以前のJavaではサポートされていなかった「関数型プログラミング」の概念を取り入れることで、コードの簡潔さと柔軟性を向上させ、複雑で多様なケースに応用が可能となりました。

例として、Java 8より前のバージョンでは、匿名クラスを使ってインタフェースを実装する場合、多くのコードを記述する必要がありました。
以下は、Runnableインタフェースを匿名クラスとして実装し、runメソッドをオーバーライドした例になります。

Runnable task = new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Hello, World!");
    }
};

以下は、同じ処理をラムダ式で書き直した例です。
ラムダ式の導入によって、コードの量を最小限に抑えることができ、匿名クラスを使った面倒な記述が必要なくなったため、簡潔に記述できるようになりました。

Runnable task = () -> System.out.println("Hello, World!");

ラムダ式の構文とルール

基本構文

ラムダ式の基本構文は以下になります。

(型1 引数名1, 型2 引数名2, ...) -> {
    処理;
}

引数の型は暗黙的に推論されるため、省略するのが一般的です。
また、実行結果を呼び出し元に返す場合は、コードブロック内においてreturn文によって戻り値を指定します。

省略記法

ラムダ式では、状況に応じて記述を簡略化できる場合があります。
以下のラムダ式を題材に、省略記法のルールについて説明していきます。

Function<Integer, Integer> func = (Integer x) -> {
    return x * 2;
};

まず、代入時はラムダ式の引数宣言における型を省略可能です。
これはJavaコンパイラがラムダ式の代入先である変数の型（Function<Integer, Integer>）から推論できるためです。

Function<Integer, Integer> func = (x) -> {
    return x * 2;
};

次に、ラムダ式の引数が1つの場合は丸カッコ()を省略可能です。
※引数を一つも取らない場合は丸カッコ()を省略できません。

Function<Integer, Integer> func = x -> {
    return x * 2;
};

最後に、ラムダ式のブロック内の命令文が一行の場合は波カッコ{}を省略可能です。
この場合、対象の命令文がreturnの場合は、returnキーワードも省略が必要です。

Function<Integer, Integer> func = x -> x * 2;

ラムダ式の動作原理

ラムダ式は、あくまで「関数型インタフェースの実装を簡潔に書く記法」です。
裏では匿名クラスのように関数型インタフェースを実装するオブジェクトが生成されています。

関数型インタフェースとは

関数型インタフェースとは、抽象メソッドを一つだけ持つインタフェースのことを指します。
抽象メソッドが一つだけであれば、静的メソッドやデフォルトメソッドが含まれていても、関数型インタフェースとして扱うことができます。
以下は、java.util.functionパッケージのFunctionインタフェースの実装です。（JavaDocコメントは省略）

java.util.function.Function

@FunctionalInterface
public interface Function<T, R> {

    R apply(T t);

    default <V> Function<V, R> compose(Function<? super V, ? extends T> before) {
        Objects.requireNonNull(before);
        return (V v) -> apply(before.apply(v));
    }

    default <V> Function<T, V> andThen(Function<? super R, ? extends V> after) {
        Objects.requireNonNull(after);
        return (T t) -> after.apply(apply(t));
    }

    static <T> Function<T, T> identity() {
        return t -> t;
    }
}

Functionインタフェースの詳細については公式ドキュメントをご確認ください。
Function (Java Platform SE 8)

FunctionalInterfaceアノテーション

@FunctionalInterfaceアノテーションは、インタフェースが関数型インタフェースであることを明示するためのアノテーションです。
Javaコンパイラが関数型インタフェースとして正しいかをチェックし、不正な実装（例：抽象メソッドが複数ある）を検出します。
以下のコードでは、正しい関数型インタフェースを作成しています。

@FunctionalInterface
interface MyFunctionalInterface {
    void method();  // 抽象メソッド
}

但し、次のように複数の抽象メソッドを定義した場合、@FunctionalInterfaceアノテーションのチェックによりコンパイルエラーとなります。

@FunctionalInterface
interface MyFunctionalInterface {
    void method1(); // 抽象メソッド
    void method2(); // 抽象メソッド（エラー）
}

ラムダ式と関数型インタフェースの関連

上述の通り、ラムダ式は「関数型インタフェースの実装を簡潔に書く記法」です。
ラムダ式と関数型インタフェースの関連について、例を用いて説明します。

【関数型インタフェースの定義】

@FunctionalInterface
interface Greeting {
    void sayHello(String name);
}

【ラムダ式を使った実装】

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // ラムダ式を使用して、Greetingインタフェースを実装
        Greeting greeting = name -> System.out.println("Hello, " + name + "!");
        
        // 実行
        greeting.sayHello("World");
    }
}

【出力結果】

Hello, World!

この例では、Greetingインタフェースの sayHelloメソッドをラムダ式で実装しています。
ラムダ式は実行時にGreetingインタフェースを実装するオブジェクトとして振る舞い、sayHello(String name)メソッドに対応します。
ラムダ式は特定の関数型インタフェースの抽象メソッドと結び付けられることで、シンプルかつ効率的なコード記述を可能にしています。