深入淺出講解Java8函數(shù)式編程

更新時間：2022年01月18日 11:41:49 作者：MongieLee

不管是前端還是后端開發(fā)人員,學習一些函數(shù)式編程的思想和概念,對于手頭的開發(fā)工作和以后的職業(yè)發(fā)展,都是大有裨益的,下面這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于Java8函數(shù)式編程的相關(guān)資料,需要的朋友可以參考下

什么是函數(shù)式編程

函數(shù)式編程就是一種抽象程度很高的編程范式，純粹的函數(shù)式編程語言編寫的函數(shù)沒有變量，因此，任意一個函數(shù)，只要輸入是確定的，輸出就是確定的，這種純函數(shù)我們稱之為沒有副作用。而允許使用變量的程序設(shè)計語言，由于函數(shù)內(nèi)部的變量狀態(tài)不確定，同樣的輸入，可能得到不同的輸出，因此，這種函數(shù)是有副作用的。函數(shù)式編程的一個特點就是，允許把函數(shù)本身作為參數(shù)傳入另一個函數(shù)，還允許返回一個函數(shù)！函數(shù)式編程最早是數(shù)學家阿隆佐·邱奇研究的一套函數(shù)變換邏輯，又稱Lambda Calculus（λ-Calculus），所以也經(jīng)常把函數(shù)式編程稱為Lambda計算。

Java8內(nèi)置了一些常用的方法接口FunctionalInterface

這種接口只定義了一個抽象方法，并且用@FunctionalInterface注解標記，如Predicate,Consumer,Function,Supplier,Comparator等等，這些都屬于java.util.function包中

@FunctionalInterface
public interface Predicate<T> {
    boolean test(T t);
}

@FunctionalInterface
public interface Consumer<T> {
    void accept(T t);
}
// 省略不貼了

他們的特點是定義了函數(shù)的入?yún)⒁约胺祷刂?，當使用時傳入滿足函數(shù)接口定義的表達式，即可通過編譯器檢查,下面會介紹函數(shù)接口和對應(yīng)的4種使用方式

通過一個示例來看看使用函數(shù)式和不使用的區(qū)別，需求是要有一個函數(shù)，傳入一個List<Integer>，篩選出單數(shù)的項，另一個則篩選出雙數(shù)的項，先看看不使用函數(shù)式的寫法

    // 篩選出單數(shù)的方法
    public static List<Integer> filterSingular(List<Integer> list) {
        List<Integer> result = new ArrayList<>();
        for (Integer item : list) {
            if (item % 2 != 0) {
                result.add(item);
            }
        }
        return result;
    }


    // 篩選出雙數(shù)的方法
    public static List<Integer> filterEven(List<Integer> list) {
        List<Integer> result = new ArrayList<>();
        for (Integer item : list) {
            if (item % 2 == 0) {
                result.add(item);
            }
        }
        return result;
    }

定義方法后調(diào)用，預(yù)期效果輸出[1,3,5,7]和[2,4,5]

        List<Integer> targetList = new ArrayList<Integer>() {
            {
                this.add(1);
                this.add(2);
                this.add(3);
                this.add(4);
                this.add(5);
                this.add(6);
                this.add(7);
            }
        };
        List<Integer> singularList = filterSingular(targetList);
        List<Integer> evenList = filterEven(targetList);
        System.out.println(singularList);
        System.out.println(evenList);

但其實這兩個篩選函數(shù)，唯一區(qū)別只是判斷條件的不同，這時候就可以將這個條件抽象成一個函數(shù)接口去編寫，Predicate接口的test定義文章開頭就有，傳入一個泛型類型，返回一個boolean,改寫下filter的代碼

    public static List<Integer> filter(List<Integer> list,Predicate<Integer> predicate) {
        List<Integer> result = new ArrayList<>();
        for (Integer item : list) {
            if (predicate.test(item)) {
                result.add(item);
            }
        }
        return result;
    }

將函數(shù)改造成了除了傳入目前List外，還要傳入一個實現(xiàn)了Predicate接口的實例對象，只需要傳入滿足函數(shù)定義入?yún)⒑统鰠?，就能通過編譯，下面介紹4種這個函數(shù)的使用方式

使用傳統(tǒng)的匿名內(nèi)部類，在java8之前只能這么操作

        List<Integer> singularList = filter(targetList, new Predicate<Integer>() {
            @Override
            public boolean test(Integer integer) {
                return integer % 2 != 0;
            }
        });
        System.out.println(singularList);

使用lambda表達式格式如下()->{},()的是方法列表，->{}是方法體，由于目前只有一個參數(shù)，并且參數(shù)類型是可以推斷出來的，所以類型和()可以不寫，方法體只有一句，{}也可以不寫，不推薦在方法體中寫過長的代碼，應(yīng)保證可讀性

        List<Integer> singularList2 = filter(targetList, integer -> integer % 2 != 0);
        // 下面是完整寫法
        // List<Integer> singularList3 = filter(targetList, (Integer integer) -> {
        //    return integer % 2 != 0;
        // });

可以使用的原因，lambda表達式滿足傳入Integer返回一個boolean的抽象操作，可以自動轉(zhuǎn)化為函數(shù)接口

靜態(tài)方法引用，這里定義了一個靜態(tài)方法，也可以自動的轉(zhuǎn)化為函數(shù)接口，使用時需要用雙冒號語法

    private static boolean integerWithSingular (Integer haha){
        return haha % 2 != 0;
    }

使用靜態(tài)方法引用,Cn是所在類名，這種方式對比lambda表達式可以讓可讀性進一步提高，因為方法有名字，可以通過名字去判斷在執(zhí)行什么操作，并且更適合編寫更多的邏輯

    List<Integer> singularList3 = filter(targetList, Cn::integerWithSingular);

實例方法，因為任何實例方法，第一個參數(shù)永遠都是一個隱藏的指針this指向當前實例，由于上面例子泛型傳入的是Integer類型，需要改寫下預(yù)期才能演示,先聲明一個類，并且有一個實例方法是完成傳入Test類型返回boolean的映射

public class Test {
    private long id;
    
    public Test(long id) {
        this.id = id;
    }
    
    private boolean integerWithSingular(){
        return this.id % 2 != 0;
    }
}

將filter函數(shù)的Integer類型全換成Test類型

    public static List<Test> filter(List<Test> list, Predicate<Test> predicate) {
        List<Test> result = new ArrayList<>();
        for (Test item : list) {
            if (predicate.test(item)) {
                result.add(item);
            }
        }
        return result;
    }

下面的調(diào)用中，傳入類名::實例方法名實現(xiàn)的效果是等價的

    ArrayList<Test> targetList = new ArrayList<Test>() {
        {
            this.add(new Test(1));
            this.add(new Test(2));
        }
    };
    filter(targetList,Test::integerWithSingular);

任何只包含一個抽象方法的接口都可以被自動轉(zhuǎn)換成函數(shù)接口，自己定義的接口沒有標注@FunctionalInterface標注也可以

用的比較多的函數(shù)接口

Consumer 輸入一個對象，輸出是空的，相當于消費掉傳入的對象,ArrayList的forEach方法使用了Consumer

    // ArrayList的forEach方法源碼
    @Override
    public void forEach(Consumer<? super E> action) {
        Objects.requireNonNull(action);
        final int expectedModCount = modCount;
        @SuppressWarnings("unchecked")
        final E[] elementData = (E[]) this.elementData;
        final int size = this.size;
        for (int i=0; modCount == expectedModCount && i < size; i++) {
            action.accept(elementData[i]);
        }
        if (modCount != expectedModCount) {
            throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }

Function更加接近于函數(shù)的定義，用于將一個類型變換成另一個類型，如數(shù)學中的函數(shù)把X變成Y,函數(shù)接口的定義如下，還是以剛才編寫的Test類為理解，再編寫一個map方法

    public static String map(Test test, Function<Test, String> function) {
        return function.apply(test);
    }

只要滿足傳入一個Test類型，返回一個String類型的東西都可以被自動轉(zhuǎn)換

        map(new Test(1),test -> "name");
        
        // 如果Test類型還有一個屬性為String的name和對應(yīng)的getter方法,可以寫成下面這種實例方法引用
        // map(new Test(2), Test::getName);

Supplier和Consumer是對立者，Consumer消費，Supplier提供，從虛空中提供一個東西

    public static Object create(Supplier<Object> supplier){
        return supplier.get();
    }

只要滿足憑空冒出一個東西的條件即可

    create(Object::new);
    // new的作用也是從虛無創(chuàng)造出一個對象，所以可以這么寫
    create(() -> "supplier");
    create(() -> new Test(1));

最后再介紹函數(shù)式編程在排序中的使用

    // Collections.sort的靜態(tài)方法定義
    public static <T> void sort(List<T> list, Comparator<? super T> c) {
        list.sort(c);
    }

    // Comparator.comparing的靜態(tài)方法定義
    // 理解成需要傳入一個T類型映射到U類型的形式即可
    // 對應(yīng)著示例就是傳入一個Test，返回一個實現(xiàn)了Comparable接口的對象（如Integer,String...)
    public static <T, U extends Comparable<? super U>> Comparator<T> comparing(
            Function<? super T, ? extends U> keyExtractor)
    {
        Objects.requireNonNull(keyExtractor);
        return (Comparator<T> & Serializable)
            (c1, c2) -> keyExtractor.apply(c1).compareTo(keyExtractor.apply(c2));
    }

下面是爽快時間

    // 使用簡短的代碼就能實現(xiàn)按對象中某個字段去排序
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Test> tests = new ArrayList<Test>() {
            {
                this.add(new Test(2, "abc"));
                this.add(new Test(1, "efg"));
            }
        };
        // 現(xiàn)在Test實例的id字段排序，再將數(shù)組反轉(zhuǎn)，然后再按照name字段排序
        Collections.sort(tests, Comparator.comparing(Test::getId)
                .reversed()
                .thenComparing(Test::getName));
        System.out.println(tests);
    }

其他的函數(shù)接口就不再贅述，只要搞懂原理，就能輕松上手使用