55.函数式编程

函数式编程

一、函数式接口

1.概念

函数式接口在Java中是指：有且仅有一个抽象方法的接口。
函数式接口，即适用于函数式编程场景的接口。而Java中的函数式编程体现就是Lambda，所以函数式接口就是可以适用于Lambda使用的接口。只有确保接口中有且仅有一个抽象方法，Java中的Lambda才能顺利地进行推导。

备注：“语法糖”是指使用更加方便，但是原理不变的代码语法。例如在遍历集合时使用的for-each语法，其实底层的实现原理仍然是迭代器，这便是“语法糖”。从应用层面来讲，Java中的Lambda可以被当做是匿名内部类的“语法糖”，但是二者在原理上是不同的。

2.格式

只要确保接口中有且仅有一个抽象方法即可【内部可以包含其他的非抽象方法】：

修饰符 interface 接口名称 {
    public abstract 返回值类型 方法名称(可选参数信息);
    // 其他非抽象方法内容
}

由于接口当中抽象方法的 public abstract 是可以省略的，所以定义一个函数式接口很简单：

public interface MyFunctionalInterface {   
    void myMethod();    
}

3.@FunctionalInterface注解

与 @Override 注解的作用类似，Java 8中专门为函数式接口引入了一个新的注解： @FunctionalInterface 。该注解可用于一个接口的定义上：

@FunctionalInterface
public interface MyFunctionalInterface {
    void myMethod();    
}

一旦使用该注解来定义接口，编译器将会强制检查该接口是否确实有且仅有一个抽象方法，否则将会报错。需要注意的是，即使不使用该注解，只要满足函数式接口的定义，这仍然是一个函数式接口，使用起来都一样。

4.自定义函数式接口

public class Demo09FunctionalInterface {   
    // 使用自定义的函数式接口作为方法参数    
    private static void doSomething(MyFunctionalInterface inter) {    
        inter.myMethod(); // 调用自定义的函数式接口方法        
    }    
   
    public static void main(String[] args) {    
        // 调用使用函数式接口的方法        
        doSomething(() ‐> System.out.println("Lambda执行啦！"));        
    }    
}

二、函数式编程

【正所谓工欲善其事，必先利其器，函数式编程的延迟执行就是体现这种思想，现将所有工具建好，然后开始生产】在兼顾面向对象特性的基础上，Java语言通过Lambda表达式与方法引用等，为开发者打开了函数式编程的大门。

1.Lambda的延迟执行

备注：SLF4J是应用非常广泛的日志框架，它在记录日志时为了解决这种性能浪费的问题，并不推荐首先进行字符串的拼接，而是将字符串的若干部分作为可变参数传入方法中，仅在日志级别满足要求的情况下才会进行字符串拼接。例如： LOGGER.debug("变量{}的取值为{}。", "os", "macOS") ，其中的大括号 {} 为占位符。如果满足日志级别要求，则会将“os”和“macOS”两个字符串依次拼接到大括号的位置；否则不会进行字符串拼接。这也是一种可行解决方案，但Lambda可以做到更好。

下面这种方式效率很高

@FunctionalInterface
interface MessageBuilder{
    String build();
}
public class Main {

    public static void log(int level, MessageBuilder builder){
        if(level == 1)
            System.out.println(builder.build());
    }

    public static void main(String[] args) {
        String a = "One";
        String b = "Two";
        String c = "Three";

        log(2, ()-> {
            System.out.println("执行了");
            return a + b + c;
        });
    }
}

这样一来，只有当级别满足要求的时候，才会进行三个字符串的拼接；否则三个字符串将不会进行拼接。

实际上使用内部类也可以达到同样的效果，只是将代码操作延迟到了另外一个对象当中通过调用方法来完成。而是否调用其所在方法是在条件判断之后才执行的。

2.使用Lambda作为参数和【返回值】

如果抛开实现原理不说，Java中的Lambda表达式可以被当作是匿名内部类的替代品。如果方法的参数是一个函数式接口类型，那么就可以使用Lambda表达式进行替代。使用Lambda表达式作为方法参数，其实就是使用函数式接口作为方法参数。例如 java.lang.Runnable 接口就是一个函数式接口，假设有一个 startThread 方法使用该接口作为参数，那么就可以使用Lambda进行传参。这种情况其实和 Thread 类的构造方法参数为 Runnable 没有本质区别。

public class Demo04Runnable {
    private static void startThread(Runnable task) {
       new Thread(task).start();  
    }
    public static void main(String[] args) {
       startThread(() ‐> System.out.println("线程任务执行！"));  
    }
}

类似地，如果一个方法的返回值类型是一个函数式接口，那么就可以直接返回一个Lambda表达式。当需要通过一个方法来获取一个 java.util.Comparator 接口类型的对象作为排序器时,就可以调该方法获取。

import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;
public class Demo06Comparator {
    private static Comparator<String> newComparator() {
       return (a, b) ‐> b.length() ‐ a.length();  
    }
    public static void main(String[] args) {
        String[] array = { "abc", "ab", "abcd" };
        Arrays.sort(array, newComparator());
        System.out.println(Arrays.toString(array));
    }
}

其中直接return一个Lambda表达式即可

三、常用函数式接口

DK提供了大量常用的函数式接口以丰富Lambda的典型使用场景，它们主要在 java.util.function 包中被提供

1. Supplier接口

java.util.function.Supplier<T> 接口仅包含一个无参的方法：T get() 。用来获取一个泛型参数指定类型的对象数据。由于这是一个函数式接口，这也就意味着对应的Lambda表达式需要“对外提供”一个符合泛型类型的对象数据。

import java.util.function.Supplier;
public class Demo08Supplier {
    private static String getString(Supplier<String> function) {
       return function.get();  
    }
    public static void main(String[] args) {
        String msgA = "Hello";
        String msgB = "World";
        System.out.println(getString(() ‐> msgA + msgB));
    }
}

2. Consumer接口

java.util.function.Consumer<T> 接口则正好与Supplier接口相反，它不是生产一个数据，而是消费一个数据，其数据类型由泛型决定。

源码：

@FunctionalInterface
public interface Consumer<T> {
    // 抽象方法
    void accept(T t);

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

java.util.Objects 的 requireNonNull 静态方法将会在参数为null时主动抛出NullPointerException 异常。这省去了重复编写if语句和抛出空指针异常的麻烦。

抽象方法：accept
Consumer 接口中包含抽象方法 void accept(T t) ，意为消费一个指定泛型的数据

public class Demo09Consumer {
    private static void consumeString(Consumer<String> function) {
       function.accept("Hello");  
    }
    public static void main(String[] args) {
        consumeString(s ‐> System.out.println(s));
    }
}

默认方法：andThen
如果一个方法的参数和返回值全都是 Consumer 类型，那么就可以实现效果：消费数据的时候，首先做一个操作，然后再做一个操作，实现组合。而这个方法就是 Consumer 接口中的default方法 andThen
要想实现组合，需要两个或多个Lambda表达式即可，而 andThen 的语义正是“一步接一步”操作。例如两个步骤组合的情况：

前方高能，代码有点绕！

import java.util.function.Consumer;

public class Main {

    public static void consumerString(Consumer<String> a, Consumer<String> b){
        a.andThen(b).accept("hello");
    }

    public static void main(String[] args) {
        consumerString(
                s -> System.out.println(s.toUpperCase()),
                s -> System.out.println(s.toLowerCase())
        );
    }

}

运行结果,当然可以通过链式写法可以实现更多步骤的组合

HELLO
hello

过程分析【推荐看后面介绍的 Predicate接口【and，test】三个参数分析图】

Consumer接口acceptandThen过程图解.png

【这里只介绍包含两个操作的，如果有多个，分析步骤是一样的，后面介绍的就依葫芦画瓢】

3. Predicate接口

有时候我们需要对某种类型的数据进行判断，从而得到一个boolean值结果。这时可以使用java.util.function.Predicate<T> 接口
既然是条件判断，就会存在与、或、非三种常见的逻辑关系
源码：

@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);
    }
}

抽象方法：test

  • boolean test(T t) 。用于条件判断的场景：
import java.util.function.Predicate;
public class Demo15PredicateTest {
    private static void method(Predicate<String> predicate) {
        boolean veryLong = predicate.test("HelloWorld");
        System.out.println("字符串很长吗：" + veryLong);
    }
    public static void main(String[] args) {
        method(s ‐> s.length() > 5);
    }
}

条件判断的标准是传入的Lambda表达式逻辑，只要字符串长度大于5则认为很长。

默认方法：and源码

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

案例：如果要判断一个字符串既要包含大写“H”，又要包含大写“W”，还要包含“@”符号

import java.util.function.Predicate;

public class Main {
    public static void predcate(Predicate<String> a, Predicate<String> b, Predicate<String> c, String str){
        System.out.println("是否包含？" + a.and(b).and(c).test(str));
    }

    public static void main(String[] args) {
        String str = "kadfweHdkfeW887766@445";
        predcate(
                s -> s.contains("H"),
                s -> s.contains("W"),
                s -> s.contains("@"),
                str
        );
    }

}
Predicate接口【and，test】三个参数分析图.png

如上图所示，最开始的时候讲lambda表达式分别给了对应变量的抽象方法，链式调用默认方法的结果就是返回一个新的对象，这个对象的抽象方法换成当前默认方法的Lambda表达式，而且访问的变量也是当前作用域的变量，每次链式调用都是这样一个过程，直到最后调用了实现的抽象方法，然后就像是拆包一样，一层一层向上回溯，直到找到最开始给对应变量的抽象实现方法，然后一层一层向下执行！就相当于一个流水线工作一样，先把流水线【函数方法集】建立好，然后在从头开始拿到数据进行生产！这就是延迟执行！【当然，当情况跟多的时候，按照这个图的思路进行分析，完全没得问题！】

默认方法：or
与 and 的“与”类似，默认方法 or 实现逻辑关系中的“或”。JDK源码为：

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

演示，略，分析，略

默认方法：negate

“与”、“或”已经了解了，剩下的“非”（取反）也会简单。默认方法 negate 的JDK源代码为：

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

从实现中很容易看出，它是执行了test方法之后，对结果boolean值进行“!”取反而已。一定要在 test 方法调用之前调用 negate 方法，正如 and 和 or 方法一样：

import java.util.function.Predicate;
public class Demo17PredicateNegate {
    private static void method(Predicate<String> predicate) {
        boolean veryLong = predicate.negate().test("HelloWorld");
        System.out.println("字符串很长吗：" + veryLong);
    }
    public static void main(String[] args) {
       method(s ‐> s.length() < 5);  
    }
}

反复链式调用negate方法就是不断的否定自己！like递归否定！like压栈否定！

4.Function接口

java.util.function.Function<T,R> 接口用来根据一个类型的数据得到另一个类型的数据，前者称为前置条件，后者称为后置条件。

源码

@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;
    }
}

抽象方法apply

Function接口中最主要的抽象方法为：

  • R apply(T t) :根据类型T的参数获取类型R的结果。

使用的场景例如：将 String 类型转换为 Integer 类型。

import java.util.function.Function;
public class Demo11FunctionApply {
    private static void method(Function<String, Integer> function) {
        int num = function.apply("10");
        System.out.println(num + 20);
    }
    public static void main(String[] args) {
        method(s ‐> Integer.parseInt(s));
    }
}

默认方法：andThen

Function 接口中有一个默认的 andThen 方法，用来进行组合操作。JDK源代码如：

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

该方法同样用于“先做什么，再做什么”的场景，和 Consumer 中的 andThen 差不多：

import java.util.function.Function;

public class Main {

    public static void methed(Function<String,Integer> a,Function<Integer,Integer> b) {
        System.out.println(a.andThen(b).apply("10"));
    }

    public static void main(String[] args) {
        methed(
                s -> Integer.parseInt(s),
                i -> i *= 10
        );
    }

}

请注意，Function的前置条件泛型和后置条件泛型可以相同。

案例练习：请使用 Function 进行函数模型的拼接，按照顺序需要执行的多个函数操作为：

String str = "赵丽颖,20";
    1. 将字符串截取数字年龄部分，得到字符串；
    2. 将上一步的字符串转换成为int类型的数字；
    3. 将上一步的int数字累加100，得到结果int数字。

解答：

import java.util.function.Function;

public class Main {

    public static void methed(Function<String,String> a,
                              Function<String,Integer> b,
                              Function<Integer,Integer> c,
                              String str) {

        System.out.println(a.andThen(b).andThen(c).apply(str));
    }

    public static void main(String[] args) {
        methed(
                s -> s.split(",")[1],
                s -> Integer.parseInt(s),
                s -> s += 100,
                "赵丽颖,20"
        );
    }

}
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