Java函数式编程原理以及应用
- 2019 年 10 月 3 日
- 笔记
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。
1 @FunctionalInterface 2 public interface Function<T, R> { 3 4 R apply(T t); 5 6 default <V> Function<V, R> compose(Function<? super V, ? extends T> before) { 7 Objects.requireNonNull(before); 8 return (V v) -> apply(before.apply(v)); 9 } 10 11 default <V> Function<T, V> andThen(Function<? super R, ? extends V> after) { 12 Objects.requireNonNull(after); 13 return (T t) -> after.apply(apply(t)); 14 } 15 16 static <T> Function<T, T> identity() { 17 return t -> t; 18 } 19 }
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。
1 @FunctionalInterface 2 public interface Predicate<T> { 3 4 boolean test(T t); 5 6 default Predicate<T> and(Predicate<? super T> other) { 7 Objects.requireNonNull(other); 8 return (t) -> test(t) && other.test(t); 9 } 10 11 default Predicate<T> negate() { 12 return (t) -> !test(t); 13 } 14 15 default Predicate<T> or(Predicate<? super T> other) { 16 Objects.requireNonNull(other); 17 return (t) -> test(t) || other.test(t); 18 } 19 20 static <T> Predicate<T> isEqual(Object targetRef) { 21 return (null == targetRef) 22 ? Objects::isNull 23 : object -> targetRef.equals(object); 24 } 25 }
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。
1 @FunctionalInterface 2 public interface Consumer<T> { 3 4 void accept(T t); 5 6 default Consumer<T> andThen(Consumer<? super T> after) { 7 Objects.requireNonNull(after); 8 return (T t) -> { accept(t); after.accept(t); }; 9 } 10 }
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：
1 List<Integer> list = new ArrayList<>(); 2 3 list.stream().filter((x) -> x >= 18) 4 5 Stream<T> filter(Predicate<? super T> predicate); 6 7 @FunctionalInterface 8 public interface Predicate<T> { 9 10 boolean test(T t); 11 12 }
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：
1 static final class Main$$Lambda$1 implements Predicate<Integer> { 2 private Main$$Lambda$1() { 3 } 4 5 @Override 6 public boolean test(Integer x) { 7 return x >= 18; 8 } 9 }
3.3 Lambda用法
1 public class Main { 2 public static void main(String[] args) { 3 4 List<Integer> list = new ArrayList<>(); 5 list.add(40); 6 list.add(50); 7 list.add(20); 8 list.add(30); 9 List<Integer> collect = list.stream().filter(x -> x >= 30) 10 .map((x) -> x + 10).sorted((x, y) -> -x.compareTo(y)) 11 .collect(Collectors.toList()); 12 System.out.println(collect); 13 } 14 }
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。
且行且珍惜，加油！
