重识Java8函数式编程

## 前言 最近真的是太忙忙忙忙忙了，很久没有更新文章了。最近工作中看到了几段关于函数式编程的代码，但是有点费解，于是就准备总结一下函数式编程。很多东西很简单，但是如果不总结，可能会被它的各种变体所困扰。接触Lambda表达式已经很久了，但是也一直是处于照葫芦画瓢的阶段，所以想自己去编写相关代码，也有些捉襟见肘。 ## 1. Lambda表达式的不同形式 ```java // 基本形式 参数 -> 主体 ``` ### 1.1 形式一 ```java Runnable noArguments = () -> System.out.println("Hello World"); ``` 该形式的Lambda表达式不包含参数，使用空括号()表示没有参数。它实现了Runnable接口，该接口也只有一个run方法，没有桉树，且返回类型为void。 ### 1.2 形式二 ```java ActionListener oneArgument = event -> System.out.println("button clicked"); ``` 该形式的Lambda表达式包含且只包含一个参数，可省略参数的符号。 ### 1.3 形式三 ```java Runnable multiStatement = () -> { System.out.print("Hello"); System.out.println(" World"); }; ``` Lambda表达式的主体不仅可以使一个表达式，而且也可以是一段代码块，使用大括号{}将代码块括起来。该代码块和普通方法遵循的规则别无二致，可以用返回或抛出异常来退出。只有以行代码的Lambda表达式也可以使用大括号，用以明确Lambda表达式从何处开始，到哪里结束。 ### 1.4 形式四 ```java BinaryOperator add = (x, y) -> x + y; ``` Lambda表达式也可以表示包含多个参数的方法，上面的Lambda表达式并不是将两个数字相加，而是创建了一个函数，用来计算两个数字相加的结果。变量add的类型时BinaryOperator，它不是两个数字的和，而是将两个数字相加的那行代码。 ### 1.5 形式五 ```java BinaryOperator addExplicit = (Long x, Long y) -> x + y; ``` 到目前为止，所有Lambda表达式中的参数类型都是由编译器推断得出的。但有时最好也可以显示声明参数类型，此时就需要使用小括号将参数括起来，多个参数的情况也是如此。 ## 2. 引用值，而不是变量 如果你曾使用过匿名内部类，也许遇到过这样的情况：需要引用它所在方法里的变量。这是，需要将变量声明为final。 ```java final String name = getUserName(); button.addActionListener(new ActionListener() { public void actionPerformed(ActionEvent event) { System.out.println("hi " + name); } }); ``` **将变量声明为 final，意味着不能为其重复赋 值。同时也意味着在使用 final 变量时，实际上是在使用赋给该变量的一个特定的值。** Java 8 虽然放松了这一限制，可以引用非 final 变量，但是该变量在既成事实上必须是 final(意思就是你不能再次对该变量赋值)。虽然无需将变量声明为 final，但在 Lambda 表达式中，也无法用作非终态变量。如 果坚持用作非终态变量，编译器就会报错。 既成事实上的 final 是指只能给该变量赋值一次。换句话说，Lambda 表达式引用的是值， 而不是变量。 例如： ```java String name = getUserName(); button.addActionListener(event -> System.out.println("hi " + name)); ``` ## 3. 函数接口 在 Java 里，所有方法参数都有固定的类型。假设将数字 3 作为参数传给一个方法，则参数 的类型是 int。那么，Lambda 表达式的类型又是什么呢？ 使用**只有一个方法的接口来表示某特定方法并反复使用**，是很早就有的习惯。使用 Swing 编写过用户界面的人对这种方式都不陌生，这里无需再标新立异，Lambda 表达式也使用同样的技巧，并将这种接口称为函数接口。 接口中单一方法的命名并不重要，只要**方法签名和 Lambda 表达式的类型匹配即可**。可在函数接口中为参数起一个有意义的名字，增加代码易读性，便于更透彻 地理解参数的用途。 ### 3.1 Java中重要的函数接口 | 接口 | 参数 | 返回类型 | 示例 | | ----------------- | ------ | -------- | ------------------- | | Predicate | T | boolean | 判断是否 | | Consumer | T | void | 输出一个值 | | Function | T | T | 获得对象的名字 | | Supplier | None | T | 工厂方法 | | UnaryOperator | T | T | 逻辑非（!） | | BinaryOperator | (T, T) | T | 求两个数的乘积（*） | ### 3.2 函数接口定义 定义函数接口需要使用到注解`@FunctionalInterface` 例如： ``` @FunctionalInterface public interface MyFuncInterface { void print(); } ``` 使用： ```java public class MyFunctionalInterfaceTest { public static void main(String[] args) { doPrint(() -> System.out.println("java")); } public static void doPrint(MyFuncInterface my) { System.out.println("请问你喜欢什么编程语言？"); my.print(); } } ``` 说明： 这只是一个很简单的例子，有人觉得为什么要搞这么复杂，去定义一个接口？这个问题还是读者在平时的工作中去感悟吧，总之，先学会怎么用它。不至于看了别人写的代码都看不懂。 至于我个人的理解，可以简单聊聊。以前写过JavaScript，里面有一种语法就是将自定义函数B作为参数传递到另外一个函数A里面，在函数A里面会执行你自定义的函数B逻辑，我当时就非常喜欢这种特性，因为每个人关于函数B的实现可能不一样，亦或者场景不一样也会导致函数B的实现不一样。我觉得Java8的这个函数式编程就是对这一特性的补充。 ## 4. 流 流的常用操作有很多，例如`collect(toList())`、`map`、`filter`、`max`、`min`等，下面介绍一下`flatMap`和`reduce`。 ### 4.1 flatMap flatMap 方法可用 Stream 替换值，然后将多个 Stream 连接成一个 Stream。 ```java List together = Stream.of(asList(1, 2), asList(3, 4)) .flatMap(numbers -> numbers.stream()) .collect(toList()); assertEquals(asList(1, 2, 3, 4), together); ``` 调用 stream 方法，将每个列表转换成 Stream 对象，其余部分由 flatMap 方法处理。 flatMap 方法的相关函数接口和 map 方法的一样，都是 Function 接口，只是方法的返回值 限定为 Stream 类型罢了。 ### 4.2 reduce reduce 操作可以实现从一组值中生成一个值。对于 count、min 和 max 方 法，因为常用而被纳入标准库中。事实上，这些方法都是 reduce 操作。 如何通过 reduce 操作对 Stream 中的数字求和。以 0 作起点——一个空Stream 的求和结果，每一步都将 Stream 中的元素累加至 accumulator，遍历至 Stream 中的 最后一个元素时，accumulator 的值就是所有元素的和。 ```java int count = Stream.of(1, 2, 3) .reduce(0, (acc, element) -> acc + element); assertEquals(6, count); ``` Lambda 表达式的返回值是最新的 acc，是上一轮 acc 的值和当前元素相加的结果。reducer 的类型是前面已介绍过的 BinaryOperator。 ## 5. Optional reduce 方法的一个重点尚未提及：reduce 方法有两种形式，一种如前面出现的需要有一 个初始值，另一种变式则不需要有初始值。没有初始值的情况下，reduce 的第一步使用 Stream 中的前两个元素。有时，reduce 操作不存在有意义的初始值，这样做就是有意义的，此时，reduce 方法返回一个 Optional 对象。 Optional 是为核心类库新设计的一个数据类型，用来替换 null 值。人们对原有的 null 值有很多抱怨。人们常常使用 null 值表示值不存在，Optional 对象能更好地表达这个概念。使用 null 代 表值不存在的最大问题在于 NullPointerException。一旦引用一个存储 null 值的变量，程 序会立即崩溃。使用 Optional 对象有两个目的：首先，Optional 对象鼓励程序员适时检查变量是否为空，以避免代码缺陷；其次，它将一个类的 API 中可能为空的值文档化，这比阅读实现代码要简单很多。 下面我们举例说明 Optional 对象的 API，从而切身体会一下它的使用方法。使用工厂方法 of，可以从某个值创建出一个 Optional 对象。Optional 对象相当于值的容器，而该值可以 通过 get 方法提取。 ```java Optional a = Optional.of("a"); assertEquals("a", a.get()); ``` Optional 对象也可能为空，因此还有一个对应的工厂方法 empty，另外一个工厂方法 ofNullable 则可将一个空值转换成 Optional 对象。下面的代码同时展示 了第三个方法 isPresent 的用法（该方法表示一个 Optional 对象里是否有值）。 ```java Optional emptyOptional = Optional.empty(); Optional alsoEmpty = Optional.ofNullable(null); assertFalse(emptyOptional.isPresent()); ``` 使用 Optional 对象的方式之一是在调用 get() 方法前，先使用 isPresent 检查 Optional 对象是否有值。使用 orElse 方法则更简洁，当 Optional 对象为空时，该方法提供了一个 备选值。如果计算备选值在计算上太过繁琐，即可使用 orElseGet 方法。该方法接受一个 Supplier 对象，只有在 Optional 对象真正为空时才会调用。 ```java assertEquals("b", emptyOptional.orElse("b")); assertEquals("c", emptyOptional.orElseGet(() -> "c")); ``` ## 最后 实践是检验真理的唯一标准，多写代码，多思考，你的代码才会越来越好。