Java8新特性探索之函数式接口

一、为什么引入函数式接口

作为Java函数式编程爱好者,我们都知道方法引用和 Lambda 表达式都必须被赋值,同时赋值需要类型信息才能使编译器保证类型的正确性。

我们先看一个Lambda代码示例:

x -> x.toString()

我们清楚这里返回类型必须是 String,但 x 是什么类型呢?

Lambda 表达式包含类型推导(编译器会自动推导出类型信息,避免了程序员显式地声明),编译器必须能够以某种方式推导出 x 的类型以生成正确的代码。

同样方法引用也存在此问题,假设你要传递 System.out :: println 到你正在编写的方法 ,你怎么知道传递给方法的参数的类型?

为了解决上述问题,Java 8 引入了函数式接口,在 java.util.function 包,它包含一组接口,这些接口是 Lambda 表达式和方法引用的目标类型,每个接口只包含一个抽象方法,称为函数式方法。只有确保接口中有且仅有一个抽象方法,Lambda表达式的类型信息才能顺利地进行推导。

二、如何使用函数式接口

在编写接口时,可以使用 @FunctionalInterface 注解强制执行此函数式方法模式:

  1. 在接口上使用注解 @FunctionalInterface ,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。

    @FunctionalInterface
    public interface MyFunction {
     /**
      * 自定义的抽象方法
      */

     void run();
    }
  2. 在函数式接口,有且仅有一个抽象方法,Objectpublic方法除外

    @FunctionalInterface
    public interface MyFunction {
     
     /**
      * 自定义的抽象方法
      */

     void run();
     
     /**
      * Object的equals方法
      * @param obj
      * @return
      */

     @Override
     boolean equals(Object obj);
     
     /**
      * Object的toString方法
      * @return
      */

     @Override
     String toString();
     
     /**
      * Object的hashCode方法
      * @return
      */

     @Override
     int hashCode();
     
    }
  3. 在函数式接口中,我们可以使用default修饰符定义默认方法,使用static修饰符定义静态方法

    @FunctionalInterface
    public interface MyFunction {
     
     /**
      * 自定义的抽象方法
      */

     void run();
     
     /**
      * static修饰符定义静态方法
      */

        static void staticRun() {
            System.out.println("接口中的静态方法");
        }
     
        /**
         * default修饰符定义默认方法
         */

        default void defaultRun() {
            System.out.println("接口中的默认方法");
        }
        
    }
  • 为大家演示下自定义无泛型的函数式接口测试实例:

    /**
    * 自定义的无泛型函数式接口
    */

    @FunctionalInterface
    public interface MyFunction {
     
     /**
      * 自定义的抽象方法
      * @param x
      */

     void run(Integer x);
     
        /**
         * default修饰符定义默认方法
         * @param x
         */

        default void defaultMethod(Integer x) {
            System.out.println("接口中的默认方法,接收参数是:" + x);
        }
        
    }

    /**
    * 测试类
    */

    public class MyFunctionTest {

     @Test
     public void functionTest() {
      test(6, (x) -> System.out.println("接口中的抽象run方法,接收参数是:" + x));
     }
     
     public void test(int n, MyFunction function) {
      System.out.println(n);
      function.defaultMethod(n);
      function.run(n);
     }
     
    }

    输出结果:

    6
    接口中的默认方法,接收参数是:6
    接口中的抽象run方法,接收参数是:6
  • 为大家演示下自定义有泛型的函数式接口测试实例:

    /**
     * 自定义的有泛型函数式接口
     */

    @FunctionalInterface
    public interface MyFunctionGeneric<T{

     /**
      * 转换值
      * @param t
      * @return
      */

     convertValue(T t);
     
    }

    /**
    * 测试类
    */

    public class MyFunctionGenericTest {

     @Test
     public void convertValueTest() {
      String result = toLowerCase((x) -> x.toLowerCase(), "ABC");
      System.out.println(result);
     }
     
     public String toLowerCase(MyFunctionGeneric<String> functionGeneric, String value) {
      return functionGeneric.convertValue(value);
     }
     
    }

    输出结果:

    abc

    注意:作为参数传递 Lambda 表达式:为了将 Lambda 表达式作为参数传递,接收Lambda 表达式的参数类型必须是与该 Lambda 表达式兼容的函数式接口
    的类型。

三、Java8四大内置核心函数式接口

首先总览下四大函数式接口的特点说明:

接口 参数类型 返回类型 方法 说明
Consumer T void void accept(T t) 消费型接口,对类型T参数操作,无返回结果
Supplier T T get() 供给型接口,创造T类型参数
Function T R R apply(T t) 函数型接口,对类型T参数操作,返回R类型参数
Predicate T boolean boolean test(T t) 断言型接口,对类型T进行条件筛选操作

消费型接口Consumer<T>

java.util.function.Consumer<T> 接口是消费一个数据,其数据类型由泛型决定。

接口源码:

package java.util.function;

import java.util.Objects;

@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); };
    }
}
  1. 抽象方法:void accept(T t),接收并消费一个指定泛型的数据,无需返回结果。
  2. 默认方法:default Consumer<T> andThen(Consumer<? super T> after),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
public class ConsumerTest {

 /**
  * 先计算总分,再计算平均分
  */

 @Test
 public void calculate() {
  Integer[] fraction = new Integer[] { 657685928899 };
  consumer(fraction, x -> System.out.println(Arrays.stream(x).mapToInt(Integer::intValue).sum()),
    y -> System.out.println(Arrays.stream(y).mapToInt(Integer::intValue).average().getAsDouble()));
 }
 
 public void consumer(Integer[] fraction, Consumer<Integer[]> x, Consumer<Integer[]> y) {
  x.andThen(y).accept(fraction);
 }
 
}

输出结果:

505
84.16666666666667

由于Consumerdefault方法所带来的嵌套调用(连锁调用),对行为的抽象的函数式编程理念,展示的淋漓尽致。

其他的消费型函数式接口汇总说明:

接口名称 方法名称 方法签名
DoubleConsumer accept (double) -> void
IntConsumer accept (int) -> void
LongConsumer accept (long) -> void
ObjDoubleConsumer accept (T, double) -> void
ObjIntConsumer accept (T, int) -> void
ObjLongConsumer accept (T, long) -> void

供给型接口Supplier<T>

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。

接口源码:

package java.util.function;

@FunctionalInterface
public interface Supplier<T{
    get();
}

由于这是一个函数式接口,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。

public class SupplierTest {

 public int getMax(Supplier<Integer> supplier) {
  return supplier.get();
 }
 
 /**
  * 获取数组元素最大值
  */

 @Test
 public void getMaxTest() {
  Integer[] data = new Integer[] { 546321 };
  int result = getMax(() -> {
   int max = 0;
   for (int i = 0; i < data.length; i++) {
    max = Math.max(max, data[i]);
   }
   return max;
  });
  System.out.println(result);
 }
 
}

其他的供给型函数式接口汇总说明:

接口名称 方法名称 方法签名
BooleanSupplier getAsBoolean () -> boolean
DoubleSupplier getAsDouble () -> double
IntSupplier getAsInt () -> int
LongSupplier getAsLong () -> long

函数型接口Function

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。

接口源码:

package java.util.function;

import java.util.Objects;

@FunctionalInterface
public interface Function<TR{

    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;
    }
}
  1. 抽象方法 apply(T t):该方法接收入参是一个泛型T对象,并返回一个泛型T对象。

  2. 默认方法

    andThen(Function<? super R, ? extends V> after):该方法接受一个行为,并将父方法处理过的结果作为参数再处理。

    compose(Function<? super V, ? extends T> before):该方法正好与andThen相反,它是先自己处理然后将结果作为参数传给父方法执行。

    @Test
    public void andThenAndComposeTest() {
        // 计算公式相同
        Function<Integer, Integer> andThen1 = x -> x + 1;
        Function<Integer, Integer> andThen2 = x -> x * 2;
        Function<Integer, Integer> compose1 = y -> y + 1;
        Function<Integer, Integer> compose2 = y -> y * 2;
        // 注意调用的先后顺序
        // 传入参数2后,先执行andThen1计算,将结果再传入andThen2计算
        System.out.println(andThen1.andThen(andThen2).apply(2));
        // 传入参数2后,先执行compose2计算,将结果再传入compose1计算
        System.out.println(compose1.compose(compose2).apply(2));
    }

    输出结果:

    6
    5
  3. 静态方法identity():获取到一个输入参数和返回结果一样的Function实例。

来一个自驾九寨沟的代码示例:

public class FunctionTest {
 
 @Test
 public void findByFunctionTest() {
  Function<BigDecimal, BigDecimal> getMoney = m -> m.add(new BigDecimal(1000));
  BigDecimal totalCost = getMoney.apply(new BigDecimal(500));
  System.out.println("张三的钱包原本只有500元,自驾川西得去银行再取1000元,取钱后张三钱包总共有" +           Function.identity().apply(totalCost) + "元");
  BigDecimal surplus = cost(totalCost, (m) -> {
   System.out.println("第二天出发前发现油不足,加油前有" + m + "元");
   BigDecimal lubricate = m.subtract(new BigDecimal(300));
   System.out.println("加油300后还剩余" + lubricate + "元");
   return lubricate;
  }, (m) -> {
   System.out.println("到达景区门口,买景区票前有" + m + "元");
   BigDecimal tickets = m.subtract(new BigDecimal(290));
   System.out.println("买景区票290后还剩余" + tickets + "元");
   return tickets;
  });
  System.out.println("最后张三返程到家还剩余" + surplus + "元");
 }

 public BigDecimal cost(BigDecimal money, Function<BigDecimal, BigDecimal> lubricateCost,
   Function<BigDecimal, BigDecimal> ticketsCost)
 
{
  Function<BigDecimal, BigDecimal> firstNight = (m) -> {
   System.out.println("第一晚在成都住宿前有" + m + "元");
   BigDecimal first = m.subtract(new BigDecimal(200));
   System.out.println("交完200住宿费还剩余" + first + "元");
   return first;
  };
  Function<BigDecimal, BigDecimal> secondNight = (m) -> {
   System.out.println("第二晚在九寨县住宿前有" + m + "元");
   BigDecimal second = m.subtract(new BigDecimal(200));
   System.out.println("交完200住宿费还剩余" + second + "元");
   return second;
  };
  return lubricateCost.andThen(ticketsCost).andThen(secondNight).compose(firstNight).apply(money);
 }

}

输出结果:

张三的钱包原本只有500元,自驾川西得去银行再取1000元,取钱后张三钱包总共有1500
第一晚在成都住宿前有1500
交完200住宿费还剩余1300
第二天出发前发现油不足,加油前有1300
加油300后还剩余1000
到达景区门口,买景区票前有1000
买景区票290后还剩余710
第二晚在九寨县住宿前有710
交完200住宿费还剩余510
最后张三返程到家还剩余510

其他的函数型函数式接口汇总说明:

接口名称 方法名称 方法签名
BiFunction apply (T, U) -> R
DoubleFunction apply (double) -> R
DoubleToIntFunction applyAsInt (double) -> int
DoubleToLongFunction applyAsLong (double) -> long
IntFunction apply (int) -> R
IntToDoubleFunction applyAsDouble (int) -> double
IntToLongFunction applyAsLong (int) -> long
LongFunction apply (long) -> R
LongToDoubleFunction applyAsDouble (long) -> double
LongToIntFunction applyAsInt (long) -> int
ToDoubleFunction applyAsDouble (T) -> double
ToDoubleBiFunction applyAsDouble (T, U) -> double
ToIntFunction applyAsInt (T) -> int
ToIntBiFunction applyAsInt (T, U) -> int
ToLongFunction applyAsLong (T) -> long
ToLongBiFunction applyAsLong (T, U) -> long

断言型接口Predicate<T>

java.util.function.Predicate<T> 接口中包含一个抽象方法: boolean test(T t) ,用于条件判断的场景。默认方法:and or nagte (取反)。

接口源码:

package java.util.function;

import java.util.Objects;

@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);
    }
}

既然是条件判断,就会存在与、或、非三种常见的逻辑关系。其中将两个 Predicate 条件使用逻辑连接起来实现并且的效果时,类始于 Consumer接口 andThen()函数 其他三个雷同。

public class PredicateTest {
 /**
  * 查找在渝北的Jack
  */

 @Test
 public void findByPredicateTest() {
  List<User> list = Lists.newArrayList(new User("Johnson""渝北"), new User("Tom""渝中"), new User("Jack""渝北"));
  getNameAndAddress(list, (x) -> x.getAddress().equals("渝北"), (x) -> x.getName().equals("Jack"));
 }
 
 public void getNameAndAddress(List<User> users, Predicate<User> name, Predicate<User> address) {
  users.stream().filter(user -> name.and(address).test(user)).forEach(user -> System.out.println(user.toString()));
 }
}

输出结果:

User [name=Jack, address=渝北]

其他的断言型函数式接口汇总说明:

接口名称 方法名称 方法签名
BiPredicate test (T, U) -> boolean
DoublePredicate test (double) -> boolean
IntPredicate test (int) -> boolean
LongPredicate test (long) -> boolean

四、总结

Lambda 表达式和方法引用并没有将 Java 转换成函数式语言,而是提供了对函数式编程的支持。这对 Java 来说是一个巨大的改进,因为这允许你编写更简洁明了,易于理解的代码。

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