Java8函数式编程入门与实践

# Java 8 函数式编程入门与实践 ## 1. 采用函数式编程风格 在为企业应用创建实际代码时，性能是需要关注的重要方面。采用函数式编程风格虽然语法学习相对容易，但改变设计和思考方式则需要更多努力。Java 中的函数式编程是一种范式转变，有很多例子表明这种转变是有益的。 ### 1.1 平稳过渡到函数式编程 遵循一些实践有助于更好地进行函数式编码。Java 现在是一种混合范式语言，支持命令式、面向对象和函数式编程，需要明智地平衡它们，而这种能力来自经验、尝试不同设计和评估权衡。 在过渡初期，继续以熟悉的方式思考是很自然的。可以先实现代码，然后快速重构，遵循“先让它工作，然后尽快让它变得更好”的原则。随着经验的积累，重构的需求会减少，函数式风格的代码会更自然地产生。 ### 1.2 提升编程能力的途径 要提升编程能力，需要愿意改变方式。要无畏地尝试新想法，并根据同事的反馈进行改进。可以从战术代码审查、结对编程和工作中的交流会议中受益。工作之外，当地的 Java 用户组等特殊兴趣小组是扩展知识的好地方，可以参加当地的学习小组，若没有则可以帮忙组织。 Java 8 和 lambda 表达式改善了软件开发方式，为最流行的语言注入了新的活力，对于程序员来说是令人兴奋的时代。 ## 2. 常用函数式接口入门 JDK 8 有许多函数式接口，下面介绍一些常用的入门接口，它们都位于 `java.util.function` 包中。 | 接口名称 | 描述 | 抽象方法 | 默认方法 | 常见用法 | 原始类型特化 | | --- | --- | --- | --- | --- | --- | | `Consumer<T>` | 表示接受一个输入但不返回任何结果的操作，通常会产生副作用 | `accept()` | `andThen()` | 作为 `forEach()` 方法的参数 | `IntConsumer`, `LongConsumer`, `DoubleConsumer`, … | | `Supplier<T>` | 一个工厂，预期返回新实例或预创建的实例 | `get()` | - | 用于创建惰性无限流，以及作为 `Optional` 类的 `orElseGet()` 方法的参数 | `IntSupplier`, `LongSupplier`, `DoubleSupplier`, … | | `Predicate<T>` | 用于检查输入参数是否满足某些条件 | `test()` | `and()`, `negate()`, `or()` | 作为流的方法（如 `filter()` 和 `anyMatch()`）的参数 | `IntPredicate`, `LongPredicate`, `DoublePredicate`, … | | `Function<T, R>` | 一个转换接口，表示接受一个参数并返回适当结果的操作 | `apply()` | `andThen()`, `compose()` | 作为流的 `map()` 方法的参数 | `IntFunction`, `LongFunction`, `DoubleFunction`, `IntToDoubleFunction`, `DoubleToIntFunction`, … | ## 3. 函数式编程语法概述 ### 3.1 定义函数式接口 函数式接口必须有一个抽象（未实现）方法，可以有零个或多个默认方法或已实现的方法，也可以有静态方法。示例如下： ```java @FunctionalInterface public interface TailCall<T> { TailCall<T> apply(); default boolean isComplete() { return false; } //... } ``` ### 3.2 创建 Lambda 表达式 #### 3.2.1 无参数 Lambda 表达式 如果 Lambda 表达式没有参数，参数列表周围的括号 `()` 是必需的，`->` 用于分隔参数和 Lambda 表达式的主体。示例： ```java lazyEvaluator(() -> evaluate(1), () -> evaluate(2)); ``` #### 3.2.2 单参数 Lambda 表达式 Java 编译器可以根据上下文推断 Lambda 表达式的类型。在某些情况下，如果上下文不足以推断或需要更清晰的表达，可以在参数名前指定类型。示例： ```java friends.forEach((final String name) -> System.out.println(name)); ``` 如果不提供参数类型，Java 编译器会尝试推断。如果为一个参数指定了类型，则必须为 Lambda 表达式中的所有参数指定类型。当 Lambda 表达式只有一个参数且类型被推断时，参数周围的括号 `()` 是可选的，建议使用更简洁的形式。示例： ```java friends.forEach(name -> System.out.println(name)); ``` #### 3.2.3 多参数 Lambda 表达式 如果 Lambda 表达式有多个参数或没有参数，参数列表周围的括号 `()` 是必需的。示例： ```java friends.stream() .reduce((name1, name2) -> name1.length() >= name2.length() ? name1 : name2); ``` #### 3.2.4 调用带有混合参数的方法 方法的参数可以是常规类、基本类型和函数式接口的混合。方法的任何参数都可以是函数式接口，可以传递 Lambda 表达式或方法引用作为其参数。示例： ```java friends.stream() .reduce("Steve", (name1, name2) -> name1.length() >= name2.length() ? name1 : name2); ``` ### 3.3 存储 Lambda 表达式 为了便于重用和避免重复，通常会将 Lambda 表达式存储在变量中。示例： ```java final Predicate<String> startsWithN = name -> name.startsWith("N"); ``` ### 3.4 创建多行 Lambda 表达式 虽然应尽量保持 Lambda 表达式简短，但也可以包含几行代码。使用多行代码时，需要使用花括号 `{}`，如果 Lambda 表达式预期返回值，则需要使用 `return` 关键字。示例： ```java FileWriterEAM.use("eam2.txt", writerEAM -> { writerEAM.writeStuff("how"); writerEAM.writeStuff("sweet"); }); ``` ### 3.5 返回 Lambda 表达式 如果方法的返回类型是函数式接口，可以从方法的实现中返回 Lambda 表达式。示例： ```java public static Predicate<String> checkIfStartsWith(final String letter) { return name -> name.startsWith(letter); } ``` ### 3.6 从 Lambda 表达式返回 Lambda 表达式 可以构建返回 Lambda 表达式的 Lambda 表达式。示例： ```java final Function<String, Predicate<String>> startsWithLetter = letter -> name -> name.startsWith(letter); ``` ### 3.7 闭包中的词法作用域 在 Lambda 表达式中可以访问封闭方法作用域内的变量。绑定到封闭作用域变量的 Lambda 表达式称为闭包。示例： ```java public static Predicate<String> checkIfStartsWith(final String letter) { return name -> name.startsWith(letter); } ``` ### 3.8 使用方法引用 方法引用可以替代 Lambda 表达式，当它直接将参数作为目标传递给简单方法调用时。以下是不同类型的方法引用示例： #### 3.8.1 实例方法的方法引用 ```java friends.stream() .map(String::toUpperCase); // 等价于 friends.stream() .map(name -> name.toUpperCase()); ``` #### 3.8.2 静态方法的方法引用 ```java str.chars() .filter(Character::isDigit); // 等价于 str.chars() .filter(ch -> Character.isDigit(ch)); ``` #### 3.8.3 另一个实例上的方法的方法引用 ```java str.chars() .forEach(System.out::println); // 等价于 str.chars() .forEach(ch -> System.out.println(ch ```