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帶你了解Java8函數(shù)式編程和新特性lambda

來源: 重拾女人心 2021-08-17 14:34:38 瀏覽數(shù) (1898)
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為什么要使用函數(shù)式編程

函數(shù)式編程更多時候是一種編程的思維方式，是種方法論。函數(shù)式與命令式編程的區(qū)別主要在于：函數(shù)式編程是告訴代碼你要做什么，而命令式編程則是告訴代碼要怎么做。說白了，函數(shù)式編程是基于某種語法或調(diào)用API去進(jìn)行編程。例如，我們現(xiàn)在需要從一組數(shù)字中，找出最小的那個數(shù)字，若使用用命令式編程實(shí)現(xiàn)這個需求的話，那么所編寫的代碼如下：

public static void main(String[] args) {
    int[] nums = new int[]{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8};

    int min = Integer.MAX_VALUE;
    for (int num : nums) {
        if (num < min) {
            min = num;
        }
    }
    System.out.println(min);
}

而使用函數(shù)式編程進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的話，所編寫的代碼如下：

public static void main(String[] args) {
    int[] nums = new int[]{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8};

    int min = IntStream.of(nums).min().getAsInt();
    System.out.println(min);
}

從以上的兩個例子中，可以看出，命令式編程需要自己去實(shí)現(xiàn)具體的邏輯細(xì)節(jié)。而函數(shù)式編程則是調(diào)用API完成需求的實(shí)現(xiàn)，將原本命令式的代碼寫成一系列嵌套的函數(shù)調(diào)用，在函數(shù)式編程下顯得代碼更簡潔、易懂，這就是為什么要使用函數(shù)式編程的原因之一。所以才說函數(shù)式編程是告訴代碼你要做什么，而命令式編程則是告訴代碼要怎么做，是一種思維的轉(zhuǎn)變。

說到函數(shù)式編程就不得不提一下lambda表達(dá)式，它是函數(shù)式編程的基礎(chǔ)。在Java還不支持lambda表達(dá)式時，我們需要創(chuàng)建一個線程的話，需要編寫如下代碼：

public static void main(String[] args) {
    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("running");
        }
    }).start();
}

而使用lambda表達(dá)式一句代碼就能完成線程的創(chuàng)建，lambda強(qiáng)調(diào)了函數(shù)的輸入輸出，隱藏了過程的細(xì)節(jié)，并且可以接受函數(shù)當(dāng)作輸入（參數(shù)）和輸出（返回值）：

public static void main(String[] args) {
    new Thread(() -> System.out.println("running")).start();
}

注：箭頭的左邊是輸入，右邊則是輸出。

該lambda表達(dá)式的作用其實(shí)就是返回了Runnable接口的實(shí)現(xiàn)對象，這與我們調(diào)用某個方法獲取實(shí)例對象類似，只不過是將實(shí)現(xiàn)代碼直接寫在了lambda表達(dá)式里。我們可以做個簡單的對比：

public static void main(String[] args) {
    Runnable runnable1 = () -> System.out.println("running");
    Runnable runnable2 = RunnableFactory.getInstance();
}

JDK8接口新特性

1.函數(shù)接口，接口只能有一個需要實(shí)現(xiàn)的方法，可以使用@FunctionalInterface 注解進(jìn)行聲明。如下：

@FunctionalInterface
interface Interface1 {
    int doubleNum(int i);
}

使用lambda表達(dá)式獲取該接口的實(shí)現(xiàn)實(shí)例的幾種寫法：

public static void main(String[] args) {
    // 最常見的寫法
    Interface1 i1 = (i) -> i * 2;
    Interface1 i2 = i -> i * 2;

    // 可以指定參數(shù)類型
    Interface1 i3 = (int i) -> i * 2;

    // 若有多行代碼可以這么寫
    Interface1 i4 = (int i) -> {
        System.out.println(i);
        return i * 2;
    };
}

2.比較重要的一個接口特性是接口的默認(rèn)方法，用于提供默認(rèn)實(shí)現(xiàn)。默認(rèn)方法和普通實(shí)現(xiàn)類的方法一樣，可以使用this等關(guān)鍵字：

@FunctionalInterface
interface Interface1 {
    int doubleNum(int i);

    default int add(int x, int y) {
        return x + y;
    }
}

之所以說默認(rèn)方法這個特性比較重要，是因?yàn)槲覀兘柚@個特性可以在以前所編寫的一些接口上提供默認(rèn)實(shí)現(xiàn)，并且不會影響任何的實(shí)現(xiàn)類以及既有的代碼。例如我們最熟悉的List接口，在JDK1.2以來List接口就沒有改動過任何代碼，到了1.8之后才使用這個新特性增加了一些默認(rèn)實(shí)現(xiàn)。這是因?yàn)槿绻麤]有默認(rèn)方法的特性的話，修改接口代碼帶來的影響是巨大的，而有了默認(rèn)方法后，增加默認(rèn)實(shí)現(xiàn)可以不影響任何的代碼。

3.當(dāng)接口多重繼承時，可能會發(fā)生默認(rèn)方法覆蓋的問題，這時可以去指定使用哪一個接口的默認(rèn)方法實(shí)現(xiàn)，如下示例：

@FunctionalInterface
interface Interface1 {
    int doubleNum(int i);

    default int add(int x, int y) {
        return x + y;
    }
}

@FunctionalInterface
interface Interface2 {
    int doubleNum(int i);

    default int add(int x, int y) {
        return x + y;
    }
}

@FunctionalInterface
interface Interface3 extends Interface1, Interface2 {

    @Override
    default int add(int x, int y) {
        // 指定使用哪一個接口的默認(rèn)方法實(shí)現(xiàn)
        return Interface1.super.add(x, y);
    }
}

函數(shù)接口

我們本小節(jié)來看看JDK8里自帶了哪些重要的函數(shù)接口：

可以看到上表中有好幾個接口，而其中最常用的是Function接口，它能為我們省去定義一些不必要的函數(shù)接口，減少接口的數(shù)量。我們使用一個簡單的例子演示一下 Function 接口的使用：

import java.text.DecimalFormat;
import java.util.function.Function;

class MyMoney {
    private final int money;

    public MyMoney(int money) {
        this.money = money;
    }

    public void printMoney(Function<Integer, String> moneyFormat) {
        System.out.println("我的存款: " + moneyFormat.apply(this.money));
    }
}

public class MoneyDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyMoney me = new MyMoney(99999999);

        Function<Integer, String> moneyFormat = i -> new DecimalFormat("#,###").format(i);
        // 函數(shù)接口支持鏈?zhǔn)讲僮?，例如增加一個字符串
        me.printMoney(moneyFormat.andThen(s -> "人民幣 " + s));
    }
}

運(yùn)行以上例子，控制臺輸出如下：

我的存款: 人民幣 99,999,999

若在這個例子中不使用Function接口的話，則需要自行定義一個函數(shù)接口，并且不支持鏈?zhǔn)讲僮?，如下示例?/p> 

import java.text.DecimalFormat;

// 自定義一個函數(shù)接口
@FunctionalInterface
interface IMoneyFormat {
    String format(int i);
}

class MyMoney {
    private final int money;

    public MyMoney(int money) {
        this.money = money;
    }

    public void printMoney(IMoneyFormat moneyFormat) {
        System.out.println("我的存款: " + moneyFormat.format(this.money));
    }
}

public class MoneyDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyMoney me = new MyMoney(99999999);

        IMoneyFormat moneyFormat = i -> new DecimalFormat("#,###").format(i);
        me.printMoney(moneyFormat);
    }
}

然后我們再來看看Predicate接口和Consumer接口的使用，如下示例：

public static void main(String[] args) {
    // 斷言函數(shù)接口
    Predicate<Integer> predicate = i -> i > 0;
    System.out.println(predicate.test(-9));

    // 消費(fèi)函數(shù)接口
    Consumer<String> consumer = System.out::println;
    consumer.accept("這是輸入的數(shù)據(jù)");
}

運(yùn)行以上例子，控制臺輸出如下：

false

這是輸入的數(shù)據(jù)

這些接口一般有對基本類型的封裝，使用特定類型的接口就不需要去指定泛型了，如下示例：

public static void main(String[] args) {
    // 斷言函數(shù)接口
    IntPredicate intPredicate = i -> i > 0;
    System.out.println(intPredicate.test(-9));

    // 消費(fèi)函數(shù)接口
    IntConsumer intConsumer = (value) -> System.out.println("輸入的數(shù)據(jù)是：" + value);
    intConsumer.accept(123);
}

運(yùn)行以上代碼，控制臺輸出如下：

false

輸入的數(shù)據(jù)是：123

有了以上接口示例的鋪墊，我們應(yīng)該對函數(shù)接口的使用有了一個初步的了解，接下來我們演示剩下的函數(shù)接口使用方式：

public static void main(String[] args) {
    // 提供數(shù)據(jù)接口
    Supplier<Integer> supplier = () -> 10 + 1;
    System.out.println("提供的數(shù)據(jù)是：" + supplier.get());

    // 一元函數(shù)接口
    UnaryOperator<Integer> unaryOperator = i -> i * 2;
    System.out.println("計算結(jié)果為：" + unaryOperator.apply(10));

    // 二元函數(shù)接口
    BinaryOperator<Integer> binaryOperator = (a, b) -> a * b;
    System.out.println("計算結(jié)果為：" + binaryOperator.apply(10, 10));
}

運(yùn)行以上代碼，控制臺輸出如下：

提供的數(shù)據(jù)是：11

計算結(jié)果為：20

計算結(jié)果為：100

而BiFunction接口就是比Function接口多了一個輸入而已，如下示例：

class MyMoney {
    private final int money;
    private final String name;

    public MyMoney(int money, String name) {
        this.money = money;
        this.name = name;
    }

    public void printMoney(BiFunction<Integer, String, String> moneyFormat) {
        System.out.println(moneyFormat.apply(this.money, this.name));
    }
}

public class MoneyDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyMoney me = new MyMoney(99999999, "小明");

        BiFunction<Integer, String, String> moneyFormat = (i, name) -> name + "的存款: " + new DecimalFormat("#,###").format(i);
        me.printMoney(moneyFormat);
    }
}

運(yùn)行以上代碼，控制臺輸出如下：

小明的存款: 99,999,999

方法引用

在學(xué)習(xí)了lambda表達(dá)式之后，我們通常會使用lambda表達(dá)式來創(chuàng)建匿名方法。但有的時候我們僅僅是需要調(diào)用一個已存在的方法。如下示例：

Arrays.sort(stringsArray, (s1, s2) -> s1.compareToIgnoreCase(s2));

在jdk8中，我們可以通過一個新特性來簡寫這段lambda表達(dá)式。如下示例：

Arrays.sort(stringsArray, String::compareToIgnoreCase);

這種特性就叫做方法引用(Method Reference)。方法引用的標(biāo)準(zhǔn)形式是：類名::方法名。（注意：只需要寫方法名，不需要寫括號）。

目前方法引用共有以下四種形式：

類型 示例 代碼示例 對應(yīng)的Lambda表達(dá)式
引用靜態(tài)方法 ContainingClass::staticMethodName String::valueOf (s) -> String.valueOf(s)
引用某個對象的實(shí)例方法 containingObject::instanceMethodName x::toString() () -> this.toString()
引用某個類型的任意對象的實(shí)例方法 ContainingType::methodName String::toString (s) -> s.toString
引用構(gòu)造方法 ClassName::new String::new () -> new String()

下面我們用一個簡單的例子來演示一下方法引用的幾種寫法。首先定義一個實(shí)體類：

public class Dog {
    private String name = "二哈";
    private int food = 10;

    public Dog() {
    }

    public Dog(String name) {
        this.name = name;
    }

    public static void bark(Dog dog) {
        System.out.println(dog + "叫了");
    }

    public int eat(int num) {
        System.out.println("吃了" + num + "斤");
        this.food -= num;
        return this.food;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return this.name;
    }
}

通過方法引用來調(diào)用該實(shí)體類中的方法，代碼如下：

package org.zero01.example.demo;

import java.util.function.*;

/**
 * @ProjectName demo
 * @Author: zeroJun
 * @Date: 2018/9/21 13:09
 * @Description: 方法引用demo
 */
public class MethodRefrenceDemo {

    public static void main(String[] args) {
        // 方法引用，調(diào)用打印方法
        Consumer<String> consumer = System.out::println;
        consumer.accept("接收的數(shù)據(jù)");

        // 靜態(tài)方法引用，通過類名即可調(diào)用
        Consumer<Dog> consumer2 = Dog::bark;
        consumer2.accept(new Dog());

        // 實(shí)例方法引用，通過對象實(shí)例進(jìn)行引用
        Dog dog = new Dog();
        IntUnaryOperator function = dog::eat;
        System.out.println("還剩下" + function.applyAsInt(2) + "斤");

        // 另一種通過實(shí)例方法引用的方式，之所以可以這么干是因?yàn)镴DK默認(rèn)會把當(dāng)前實(shí)例傳入到非靜態(tài)方法，參數(shù)名為this，參數(shù)位置為第一個，所以我們在非靜態(tài)方法中才能訪問this，那么就可以通過BiFunction傳入實(shí)例對象進(jìn)行實(shí)例方法的引用
        Dog dog2 = new Dog();
        BiFunction<Dog, Integer, Integer> biFunction = Dog::eat;
        System.out.println("還剩下" + biFunction.apply(dog2, 2) + "斤");

        // 無參構(gòu)造函數(shù)的方法引用，類似于靜態(tài)方法引用，只需要分析好輸入輸出即可
        Supplier<Dog> supplier = Dog::new;
        System.out.println("創(chuàng)建了新對象：" + supplier.get());

        // 有參構(gòu)造函數(shù)的方法引用
        Function<String, Dog> function2 = Dog::new;
        System.out.println("創(chuàng)建了新對象：" + function2.apply("旺財"));
    }
}

最后需要說一句的就是能夠使用方法引用的地方就盡量不要使用lambda表達(dá)式，這樣就不會多生成一個類似 lambda$0這樣的函數(shù)，能夠減少一些資源的開銷。

類型推斷

通過以上的例子，我們知道之所以能夠使用Lambda表達(dá)式的依據(jù)是必須有相應(yīng)的函數(shù)接口。這一點(diǎn)跟Java是強(qiáng)類型語言吻合，也就是說你并不能在代碼的任何地方任性的寫Lambda表達(dá)式。實(shí)際上Lambda的類型就是對應(yīng)函數(shù)接口的類型。Lambda表達(dá)式另一個依據(jù)是類型推斷機(jī)制，在上下文信息足夠的情況下，編譯器可以推斷出參數(shù)表的類型，而不需要顯式指名。
所以說 Lambda 表達(dá)式的類型是從 Lambda 的上下文推斷出來的，上下文中 Lambda 表達(dá)式需要的類型稱為目標(biāo)類型，如下圖所示：

接下來我們使用一個簡單的例子，演示一下 Lambda 表達(dá)式的幾種類型推斷，首先定義一個簡單的函數(shù)接口：

@FunctionalInterface
interface IMath {
    int add(int x, int y);
}

示例代碼如下：

public class TypeDemo {

    public static void main(String[] args) {
        // 1.通過變量類型定義
        IMath iMath = (x, y) -> x + y;

        // 2.數(shù)組構(gòu)建的方式
        IMath[] iMaths = {(x, y) -> x + y};

        // 3.強(qiáng)轉(zhuǎn)類型的方式
        Object object = (IMath) (x, y) -> x + y;

        // 4.通過方法返回值確定類型
        IMath result = createIMathObj();

        // 5.通過方法參數(shù)確定類型
        test((x, y) -> x + y);

    }

    public static IMath createIMathObj() {
        return (x, y) -> x + y;
    }

    public static void test(IMath iMath){
        return;
    }
}

變量引用

Lambda表達(dá)式類似于實(shí)現(xiàn)了指定接口的內(nèi)部類或者說匿名類，所以在Lambda表達(dá)式中引用變量和我們在匿名類中引用變量的規(guī)則是一樣的。如下示例：

public static void main(String[] args) {
    String str = "當(dāng)前的系統(tǒng)時間戳是: ";
    Consumer<Long> consumer = s -> System.out.println(str + s);
    consumer.accept(System.currentTimeMillis());
}

值得一提的是，在JDK1.8之前我們一般會將匿名類里訪問的外部變量設(shè)置為final，而在JDK1.8里默認(rèn)會將這個匿名類里訪問的外部變量給設(shè)置為final。例如我現(xiàn)在改變str變量的值，ide就會提示錯誤：

至于為什么要將變量設(shè)置final，這是因?yàn)樵贘ava里沒有引用傳遞，變量都是值傳遞的。不將變量設(shè)置為final的話，如果外部變量的引用被改變了，那么最終得出來的結(jié)果就會是錯誤的。

下面用一組圖片簡單演示一下值傳遞與引用傳遞的區(qū)別。以列表為例，當(dāng)只是值傳遞時，匿名類里對外部變量的引用是一個值對象：

若此時list變量指向了另一個對象，那么匿名類里引用的還是之前那個值對象，所以我們才需要將其設(shè)置為final防止外部變量引用改變：

而如果是引用傳遞的話，匿名類里對外部變量的引用就不是值對象了，而是指針指向這個外部變量：

所以就算list變量指向了另一個對象，匿名類里的引用也會隨著外部變量的引用改變而改變：

級聯(lián)表達(dá)式和柯里化

在函數(shù)式編程中，函數(shù)既可以接收也可以返回其他函數(shù)。函數(shù)不再像傳統(tǒng)的面向?qū)ο缶幊讨幸粯?，只是一個對象的工廠或生成器，它也能夠創(chuàng)建和返回另一個函數(shù)。返回函數(shù)的函數(shù)可以變成級聯(lián) lambda 表達(dá)式，特別值得注意的是代碼非常簡短。盡管此語法初看起來可能非常陌生，但它有自己的用途。

級聯(lián)表達(dá)式就是多個lambda表達(dá)式的組合，這里涉及到一個高階函數(shù)的概念，所謂高階函數(shù)就是一個可以返回函數(shù)的函數(shù)，如下示例：

// 實(shí)現(xiàn)了 x + y 的級聯(lián)表達(dá)式
Function<Integer, Function<Integer, Integer>> function1 = x -> y -> x + y;
System.out.println("計算結(jié)果為: " + function1.apply(2).apply(3));  // 計算結(jié)果為: 5

這里的 y -> x + y 是作為一個函數(shù)返回給上一級表達(dá)式，所以第一級表達(dá)式的輸出是 y -> x + y這個函數(shù)，如果使用括號括起來可能會好理解一些：

x -> (y -> x + y)

級聯(lián)表達(dá)式可以實(shí)現(xiàn)函數(shù)柯里化，簡單來說柯里化就是把本來多個參數(shù)的函數(shù)轉(zhuǎn)換為只有一個參數(shù)的函數(shù)，如下示例：

Function<Integer, Function<Integer, Function<Integer, Integer>>> function2 = x -> y -> z -> x + y + z;
System.out.println("計算結(jié)果為: " + function2.apply(1).apply(2).apply(3));  // 計算結(jié)果為: 6

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函數(shù)柯里化的目的是將函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，函數(shù)可靈活組合，方便統(tǒng)一處理等，例如我可以在循環(huán)里只需要調(diào)用同一個方法，而不需要調(diào)用另外的方法就能實(shí)現(xiàn)一個數(shù)組內(nèi)元素的求和計算，代碼如下：

public static void main(String[] args) {
    Function<Integer, Function<Integer, Function<Integer, Integer>>> f3 = x -> y -> z -> x + y + z;
    int[] nums = {1, 2, 3};
    for (int num : nums) {
        if (f3 instanceof Function) {
            Object obj = f3.apply(num);
            if (obj instanceof Function) {
                f3 = (Function) obj;
            } else {
                System.out.println("調(diào)用結(jié)束, 結(jié)果為: " + obj);  // 調(diào)用結(jié)束, 結(jié)果為: 6
            }
        }
    }
}

級聯(lián)表達(dá)式和柯里化一般在實(shí)際開發(fā)中并不是很常見，所以對其概念稍有理解即可，這里只是簡單帶過。

以上就是Java函數(shù)式編程和lambda表達(dá)式的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Java函數(shù)式編程和lambda表達(dá)式的資料，請關(guān)注W3Cschool其它相關(guān)文章！


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