Java函数式编程原理以及应用


一. 函数式编程

Java8所有的新特性基本基于函数式编程的思想，函数式编程的带来，给Java注入了新鲜的活力。

下面来近距离观察一下函数式编程的几个特点：

  • 函数可以作为变量、参数、返回值和数据类型。
  • 基于表达式来替代方法的调用
  • 函数无状态，可以并发和独立使用
  • 函数无副作用，不会修改外部的变量
  • 函数结果确定性；同样的输入，必然会有同样的结果。

下面jdk1.8里面对函数式编程的定义。只是一个  FunctionalInterface 接口。特别的简单。

1 @Documented
2 @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
3 @Target(ElementType.TYPE)
4 public @interface FunctionalInterface {}

这个函数式接口有几点以下的限制：

  • 唯一的抽象方法，有且仅有一个 (即所有的函数式接口，有且只能有一个抽象方法)
  • 加上标注,则会触发JavaCompiler的检查。对于符合函数接口的接口，加不加都无关紧要，但是加上则会提供一层编译检查的保障。如果不符合，则会报错。 
  • 不能被覆盖之后，再声明为抽象方法，则不算抽象方法。例如接口实现了Object中的方法。 
  • 可用于lambda类型的使用方式 

二. Java8新增函数式接口

Stream的操作是建立在函数式接口的组合之上的。Java8中新增的函数式接口都在java.util.function包下。这些函数式接口可以有多种分类方式。

2.1 Function

Function是从T到R的一元映射函数。将参数T传递给一个函数，返回R。即R = Function(T)

Function最常用的应该是  <R> Stream<R> map(Function<? super T, ? extends R> mapper);

比如List<Person> person里面有age，name.... 我传入age，他就会返回age的集合给我。

@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;
    }
}

2.2 Predicate

Predicate是一个谓词函数，主要作为一个谓词演算推导真假值存在，返回布尔值的函数。Predicate等价于一个Function的boolean型返回值的子集。

predicate最常用的莫过于  Stream<T> filter(Predicate<? super T> predicate); 

比如我要过滤年龄 > 18 的人，我传入age，判断是否为true。为true则保留，false丢弃。

@FunctionalInterface
public interface Predicate<T> {

    boolean test(T t);

    default Predicate<T> and(Predicate<? super T> other) {
        Objects.requireNonNull(other);
        return (t) -> test(t) && other.test(t);
    }

    default Predicate<T> negate() {
        return (t) -> !test(t);
    }

    default Predicate<T> or(Predicate<? super T> other) {
        Objects.requireNonNull(other);
        return (t) -> test(t) || other.test(t);
    }

    static <T> Predicate<T> isEqual(Object targetRef) {
        return (null == targetRef)
                ? Objects::isNull
                : object -> targetRef.equals(object);
    }
}

2.3 Consumer

Consumer是从T到void的一元函数，接受一个入参但不返回任何结果的操作。

Consumer最常用的肯定是   default void forEach(Consumer<? super T> action) {}

这是一段forEach循环的代码，传入实现的方法，并不返回任何值。只是循环。

@FunctionalInterface
public interface Consumer<T> {

    void accept(T t);

    default Consumer<T> andThen(Consumer<? super T> after) {
        Objects.requireNonNull(after);
        return (T t) -> { accept(t); after.accept(t); };
    }
}

三. Lambda表达式

3.1 基本语法

Lambda 的基本结构为 (arguments) -> body，有如下几种情况：

  • 参数类型可推导时，不需要指定类型，如 (a) -> System.out.println(a)
  • 当只有一个参数且类型可推导时，不强制写 (), 如 a -> System.out.println(a)
  • 参数指定类型时，必须有括号，如 (int a) -> System.out.println(a)
  • 参数可以为空，如 () -> System.out.println(“hello”)
  • body 需要用 {} 包含语句，当只有一条语句时 {} 可省略

3.2 Lambda原理

比如如下代码：

List<Integer> list = new ArrayList<>();

list.stream().filter((x) -> x >= 18)

Stream<T> filter(Predicate<? super T> predicate);

@FunctionalInterface
public interface Predicate<T> {

    boolean test(T t);

}

比如List里面存个个人的年龄，现在筛选出年龄大于等于18的人。

此时我们就可以用  list.stream().filter((x) -> x >= 18)   这就是一个典型的lambda表达式

(x) -> x >= 18 传给  Predicate 函数式接口。

原理其实是：

JVM帮我们动态生成了一个内部类，然后这个内部类实现了 Predicate 这个函数式接口。

重写了里面的test方法。生成的类似如下：

static final class Main$$Lambda$1 implements Predicate<Integer> {
    private Main$$Lambda$1() {
    }

    @Override
    public boolean test(Integer x) {
        return x >= 18;
    }
}

3.3 Lambda用法

public class Main {
    public static void main(String[] args) {

        List<Integer> list = new ArrayList<>();
        list.add(40);
        list.add(50);
        list.add(20);
        list.add(30);
        List<Integer> collect = list.stream().filter(x -> x >= 30)
                .map((x) -> x + 10).sorted((x, y) -> -x.compareTo(y))
                .collect(Collectors.toList());
        System.out.println(collect);
    }
}

这个一段很典型的Lambda + Stream的用法。

  • list.stream()获取list的stream的流
  • filter筛选出年龄大于30的人 (里面是一个Predicate接口，返回真假)
  • map做一个function映射
  • sort排序，里面是compartor

四. 总结

Lambda 表达式可以减少很多代码，能提高生产力。但也要理解其原理。比如3.3中的代码，为什么filter里面是断言表达式，map里面是function表达式。

这都要从lambda的原理入手，也就是JVM动态生成一个内部类，并继承其中的抽象方法。

本次主要介绍了Java函数式编程的原理以及应用，主要从Stream和lambda入手。通过一些简单的概念，以及代码，更好的理解Java的函数式编程。

掌握Java的函数式编程，对平时我们开发代码，看其他人的代码，都有很大的帮助。

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