Java8函数式编程

时间:2022-05-23 MongieLee 人气:0

什么是函数式编程

函数式编程就是一种抽象程度很高的编程范式，纯粹的函数式编程语言编写的函数没有变量，因此，任意一个函数，只要输入是确定的，输出就是确定的，这种纯函数我们称之为没有副作用。而允许使用变量的程序设计语言，由于函数内部的变量状态不确定，同样的输入，可能得到不同的输出，因此，这种函数是有副作用的。函数式编程的一个特点就是，允许把函数本身作为参数传入另一个函数，还允许返回一个函数！函数式编程最早是数学家阿隆佐·邱奇研究的一套函数变换逻辑，又称Lambda Calculus（λ-Calculus），所以也经常把函数式编程称为Lambda计算。

Java8内置了一些常用的方法接口FunctionalInterface

这种接口只定义了一个抽象方法，并且用@FunctionalInterface注解标记，如Predicate,Consumer,Function,Supplier,Comparator等等，这些都属于java.util.function包中

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

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

他们的特点是定义了函数的入参以及返回值，当使用时传入满足函数接口定义的表达式，即可通过编译器检查,下面会介绍函数接口和对应的4种使用方式

通过一个示例来看看使用函数式和不使用的区别，需求是要有一个函数，传入一个List<Integer>，筛选出单数的项，另一个则筛选出双数的项，先看看不使用函数式的写法

    // 筛选出单数的方法
    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;
    }


    // 筛选出双数的方法
    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;
    }

定义方法后调用，预期效果输出[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);

但其实这两个筛选函数，唯一区别只是判断条件的不同，这时候就可以将这个条件抽象成一个函数接口去编写，Predicate接口的test定义文章开头就有，传入一个泛型类型，返回一个boolean,改写下filter的代码

    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;
    }

将函数改造成了除了传入目前List外，还要传入一个实现了Predicate接口的实例对象，只需要传入满足函数定义入参和出参，就能通过编译，下面介绍4种这个函数的使用方式

使用传统的匿名内部类，在java8之前只能这么操作

        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表达式格式如下()->{},()的是方法列表，->{}是方法体，由于目前只有一个参数，并且参数类型是可以推断出来的，所以类型和()可以不写，方法体只有一句，{}也可以不写，不推荐在方法体中写过长的代码，应保证可读性

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

可以使用的原因，lambda表达式满足传入Integer返回一个boolean的抽象操作，可以自动转化为函数接口

静态方法引用，这里定义了一个静态方法，也可以自动的转化为函数接口，使用时需要用双冒号语法

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

使用静态方法引用,Cn是所在类名，这种方式对比lambda表达式可以让可读性进一步提高，因为方法有名字，可以通过名字去判断在执行什么操作，并且更适合编写更多的逻辑

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

实例方法，因为任何实例方法，第一个参数永远都是一个隐藏的指针this指向当前实例，由于上面例子泛型传入的是Integer类型，需要改写下预期才能演示,先声明一个类，并且有一个实例方法是完成传入Test类型返回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;
    }
}

将filter函数的Integer类型全换成Test类型

    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;
    }

下面的调用中，传入类名::实例方法名实现的效果是等价的

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

任何只包含一个抽象方法的接口都可以被自动转换成函数接口，自己定义的接口没有标注@FunctionalInterface标注也可以

用的比较多的函数接口

Consumer 输入一个对象，输出是空的，相当于消费掉传入的对象,ArrayList的forEach方法使用了Consumer

    // ArrayList的forEach方法源码
    @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更加接近于函数的定义，用于将一个类型变换成另一个类型，如数学中的函数把X变成Y,函数接口的定义如下，还是以刚才编写的Test类为理解，再编写一个map方法

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

只要满足传入一个Test类型，返回一个String类型的东西都可以被自动转换

        map(new Test(1),test -> "name");
        
        // 如果Test类型还有一个属性为String的name和对应的getter方法,可以写成下面这种实例方法引用
        // map(new Test(2), Test::getName);

Supplier和Consumer是对立者，Consumer消费，Supplier提供，从虚空中提供一个东西

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

只要满足凭空冒出一个东西的条件即可

    create(Object::new);
    // new的作用也是从虚无创造出一个对象，所以可以这么写
    create(() -> "supplier");
    create(() -> new Test(1));

最后再介绍函数式编程在排序中的使用

    // Collections.sort的静态方法定义
    public static <T> void sort(List<T> list, Comparator<? super T> c) {
        list.sort(c);
    }

    // Comparator.comparing的静态方法定义
    // 理解成需要传入一个T类型映射到U类型的形式即可
    // 对应着示例就是传入一个Test，返回一个实现了Comparable接口的对象（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));
    }

下面是爽快时间

    // 使用简短的代码就能实现按对象中某个字段去排序
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Test> tests = new ArrayList<Test>() {
            {
                this.add(new Test(2, "abc"));
                this.add(new Test(1, "efg"));
            }
        };
        // 现在Test实例的id字段排序，再将数组反转，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);
    }

其他的函数接口就不再赘述，只要搞懂原理，就能轻松上手使用

总结

加载全部内容