函数式设计模式解析

# 函数式设计模式解析 ## 1. 贷款设计模式 贷款设计模式可用于创建资源感知型应用程序。该模式并非用于管理资源（如内存），而是控制资源的使用方式，确保按我们的需求进行垃圾回收，而非依赖 Java 的默认垃圾回收系统。 ### 1.1 文件处理实现 为理解贷款设计模式的强大之处，我们将实现一个文件处理应用程序，展示使用该模式前后的源代码。应用程序将模拟文件的打开和关闭，并包含四个额外的处理步骤。 #### 1.1.1 未使用贷款设计模式的实现 - **FileToProcess 类**： ```java public class FileToProcess { // constructor public FileToProcess() { } public FileToProcess openFile() { System.out.println("\nFile opened for processing"); return this; } public FileToProcess processMetaData() { System.out.println("\tProcessing metadata. . ."); return this; } public FileToProcess analyzeHeader() { System.out.println ("\tAnalyzing header. . ."); return this; } public FileToProcess checkSpelling() { System.out.println("\tChecking spelling. . . "); return this; } public FileToProcess checkGrammar() { System.out.println("\tChecking grammar. . . "); return this; } public void closeFile() { System.out.println("File closed"); } } ``` - **Driver 类**： ```java public class Driver { public static void main(String[] args) { FileToProcess myFile = new FileToProcess(); myFile.openFile().processMetaData().analyzeHeader() .checkSpelling().checkGrammar().closeFile(); } } ``` 当前实现的问题在于，开发者需确保六个方法按工作流指定的特定顺序调用。若编程逻辑不当（如先关闭文件再打开，或在文件关闭后执行处理步骤），会引发问题。解决这些潜在问题需编写大量代码来检查特定进程是否在其他进程开始前完成，这既繁琐又难以保证代码的简洁性。 #### 1.1.2 使用贷款设计模式的实现 - **FileToProcess2 类**： ```java import java.util.function.Consumer; public class FileToProcess2 { // constructor protected FileToProcess2() { openFile(); } public static void processFile(final Consumer<FileToProcess2> block) { final FileToProcess2 theFile = new FileToProcess2(); block.accept(theFile); theFile.closeFile(); } public FileToProcess2 openFile() { System.out.println("\nFile opened for processing by constructor"); return this; } public FileToProcess2 processMetaData() { System.out.println("\tProcessing metadata. . ."); return this; } public FileToProcess2 analyzeHeader() { System.out.println ("\tAnalyzing header. . ."); return this; } public FileToProcess2 checkSpelling() { System.out.println("\tChecking spelling. . . "); return this; } public FileToProcess2 checkGrammar() { System.out.println("\tChecking grammar. . . "); return this; } public void closeFile() { System.out.println("File closed"); } } ``` - **Driver2 类**： ```java public class Driver2 { public static void main(String[] args) { FileToProcess2.processFile(theFile -> theFile.processMetaData() .analyzeHeader().checkSpelling().checkGrammar()); } } ``` 使用贷款设计模式后，我们更新了 `FileToProcess` 类为 `FileToProcess2`，并修改了构造函数，使其在实例化对象时自动调用 `openFile()` 方法。通过引入 Java 的 `Consumer` 类，实现了函数式编程。 ### 1.2 工作流图示 ```mermaid graph LR A[开始] --> B[打开文件] B --> C[处理元数据] C --> D[分析头部] D --> E[检查拼写] E --> F[检查语法] F --> G[关闭文件] G --> H[结束] ``` ## 2. MapReduce 设计模式 MapReduce 设计模式用于大规模并行编程。Google 开发该模式是为了将大型任务分解为小型任务，并行运行这些小型任务并生成合并结果，以提高处理大数据集时的性能。 ### 2.1 实现方法 #### 2.1.1 Input - Map - Output 该形式可在不使用 reduce 组件的情况下使用，适用于需要更改数据格式但不进行聚合计算的场景。 - **输入**：以清理教师注册表系统为例，假设注册表包含 4000 多名全职和兼职教师信息，多年来由于数据录入控制不佳，姓名格式混乱，大小写也不一致。 - **映射**：根据姓氏创建键，可能需参考额外数据字段以正确识别姓氏，对名字和中间名也进行类似处理。 - **输出**：最终输出为格式规范（包含正确大小写）的姓名列表，格式为“姓氏, 名字 <中间名首字母或中间名>”。 #### 2.1.2 Input - Map - Reduce - Output 以按学年计算学生平均绩点为例。 - **输入**： | 学生 | 年级 | 绩点 | | ---- | ---- | ---- | | Tom Zarek | 大一 | 3.8 | | William Adama | 大四 | 4.0 | | Galen Tyrol | 大四 | 2.7 | | Gaius Baltar | 大二 | 3.1 | | D'Anna Biers | 大三 | 3.9 | | Kara Thrace | 大三 | 2.6 | | Sharon Valeri | 大二 | 3.2 | | Laura Roslin | 大四 | 3.9 | | Saul Tigh | 大一 | 3.3 | | Felix Gaeta | 大一 | 3.4 | | Tory Foster | 大三 | 2.8 | | Anastasia Dualla | 大二 | 3.0 | - **映射**：创建数据年级键和键值对，如 `{ (Freshman, 3.8), (Senior, 4.0), (Senior, 2.7), ... }`。 - **归约**：将数据归约为中间形式，如 `{ ( Freshman [3.8, 3.3, 3.4] ), ( Sophomore [3.1, 3.2, 3.0] ), ... }`。 - **输出**：最终输出为按学年的聚合平均绩点，如 `{ ( Freshman, 3.5 ), ( Sophomore, 3.1 ), ... }`。 #### 2.1.3 Input - Multiple Maps - Reduce - Output 与 Input - Map - Reduce - Output 实现类似，但有多个输入源，每个源格式不同。以合并全职教师和兼职教师注册表为例，可将多个不同格式的数据源聚合为单个输出。 #### 2.1.4 Input - Map - Combiner - Reduce - Output 该方法引入了组合器（Combiner），它是