Java函數式編程和lambda表達式

阿新 • • 發佈：2018-09-25

上下文系統時間 get() class www. Language .text jdk1 結束

為什麽要使用函數式編程

函數式編程更多時候是一種編程的思維方式，是種方法論。函數式與命令式編程的區別主要在於：函數式編程是告訴代碼你要做什麽，而命令式編程則是告訴代碼要怎麽做。說白了，函數式編程是基於某種語法或調用API去進行編程。例如，我們現在需要從一組數字中，找出最小的那個數字，若使用用命令式編程實現這個需求的話，那麽所編寫的代碼如下：

public static void main(String[] args) {
    int[] nums = new int[]{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8};

    int min = Integer.MAX_VALUE;
    for (int num : nums) {
        if (num < min) {
            min = num;
        }
    }
    System.out.println(min);
}

而使用函數式編程進行實現的話，所編寫的代碼如下：

public static void main(String[] args) {
    int[] nums = new int[]{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8};

    int min = IntStream.of(nums).min().getAsInt();
    System.out.println(min);
}

從以上的兩個例子中，可以看出，命令式編程需要自己去實現具體的邏輯細節。而函數式編程則是調用API完成需求的實現，將原本命令式的代碼寫成一系列嵌套的函數調用，在函數式編程下顯得代碼更簡潔、易懂，這就是為什麽要使用函數式編程的原因之一。所以才說函數式編程是告訴代碼你要做什麽，而命令式編程則是告訴代碼要怎麽做，是一種思維的轉變。

說到函數式編程就不得不提一下lambda表達式，它是函數式編程的基礎。在Java還不支持lambda表達式時，我們需要創建一個線程的話，需要編寫如下代碼：

public static void main(String[] args) {
    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("running");
        }
    }).start();
}

而使用lambda表達式一句代碼就能完成線程的創建，lambda強調了函數的輸入輸出，隱藏了過程的細節，並且可以接受函數當作輸入（參數）和輸出（返回值）：

public static void main(String[] args) {
    new Thread(() -> System.out.println("running")).start();
}

註：箭頭的左邊是輸入，右邊則是輸出

該lambda表達式的作用其實就是返回了Runnable接口的實現對象，這與我們調用某個方法獲取實例對象類似，只不過是將實現代碼直接寫在了lambda表達式裏。我們可以做個簡單的對比：

public static void main(String[] args) {
    Runnable runnable1 = () -> System.out.println("running");
    Runnable runnable2 = RunnableFactory.getInstance();
}

JDK8接口新特性

1.函數接口，接口只能有一個需要實現的方法，可以使用@FunctionalInterface 註解進行聲明。如下：

@FunctionalInterface
interface Interface1 {
    int doubleNum(int i);
}

使用lambda表達式獲取該接口的實現實例的幾種寫法：

public static void main(String[] args) {
    // 最常見的寫法
    Interface1 i1 = (i) -> i * 2;
    Interface1 i2 = i -> i * 2;

    // 可以指定參數類型
    Interface1 i3 = (int i) -> i * 2;

    // 若有多行代碼可以這麽寫
    Interface1 i4 = (int i) -> {
        System.out.println(i);
        return i * 2;
    };
}

2.比較重要的一個接口特性是接口的默認方法，用於提供默認實現。默認方法和普通實現類的方法一樣，可以使用this等關鍵字：

@FunctionalInterface
interface Interface1 {
    int doubleNum(int i);

    default int add(int x, int y) {
        return x + y;
    }
}

之所以說默認方法這個特性比較重要，是因為我們借助這個特性可以在以前所編寫的一些接口上提供默認實現，並且不會影響任何的實現類以及既有的代碼。例如我們最熟悉的List接口，在JDK1.2以來List接口就沒有改動過任何代碼，到了1.8之後才使用這個新特性增加了一些默認實現。這是因為如果沒有默認方法的特性的話，修改接口代碼帶來的影響是巨大的，而有了默認方法後，增加默認實現可以不影響任何的代碼。

3.當接口多重繼承時，可能會發生默認方法覆蓋的問題，這時可以去指定使用哪一個接口的默認方法實現，如下示例：

@FunctionalInterface
interface Interface1 {
    int doubleNum(int i);

    default int add(int x, int y) {
        return x + y;
    }
}

@FunctionalInterface
interface Interface2 {
    int doubleNum(int i);

    default int add(int x, int y) {
        return x + y;
    }
}

@FunctionalInterface
interface Interface3 extends Interface1, Interface2 {

    @Override
    default int add(int x, int y) {
        // 指定使用哪一個接口的默認方法實現
        return Interface1.super.add(x, y);
    }
}

函數接口

我們本小節來看看JDK8裏自帶了哪些重要的函數接口：
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可以看到上表中有好幾個接口，而其中最常用的是Function接口，它能為我們省去定義一些不必要的函數接口，減少接口的數量。我們使用一個簡單的例子演示一下 Function 接口的使用：

import java.text.DecimalFormat;
import java.util.function.Function;

class MyMoney {
    private final int money;

    public MyMoney(int money) {
        this.money = money;
    }

    public void printMoney(Function<Integer, String> moneyFormat) {
        System.out.println("我的存款: " + moneyFormat.apply(this.money));
    }
}

public class MoneyDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyMoney me = new MyMoney(99999999);

        Function<Integer, String> moneyFormat = i -> new DecimalFormat("#,###").format(i);
        // 函數接口支持鏈式操作，例如增加一個字符串
        me.printMoney(moneyFormat.andThen(s -> "人民幣 " + s));
    }
}

運行以上例子，控制臺輸出如下：

我的存款: 人民幣 99,999,999

若在這個例子中不使用Function接口的話，則需要自行定義一個函數接口，並且不支持鏈式操作，如下示例：

import java.text.DecimalFormat;

// 自定義一個函數接口
@FunctionalInterface
interface IMoneyFormat {
    String format(int i);
}

class MyMoney {
    private final int money;

    public MyMoney(int money) {
        this.money = money;
    }

    public void printMoney(IMoneyFormat moneyFormat) {
        System.out.println("我的存款: " + moneyFormat.format(this.money));
    }
}

public class MoneyDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyMoney me = new MyMoney(99999999);

        IMoneyFormat moneyFormat = i -> new DecimalFormat("#,###").format(i);
        me.printMoney(moneyFormat);
    }
}

然後我們再來看看Predicate接口和Consumer接口的使用，如下示例：

public static void main(String[] args) {
    // 斷言函數接口
    Predicate<Integer> predicate = i -> i > 0;
    System.out.println(predicate.test(-9));

    // 消費函數接口
    Consumer<String> consumer = System.out::println;
    consumer.accept("這是輸入的數據");
}

運行以上例子，控制臺輸出如下：

false
這是輸入的數據

這些接口一般有對基本類型的封裝，使用特定類型的接口就不需要去指定泛型了，如下示例：

public static void main(String[] args) {
    // 斷言函數接口
    IntPredicate intPredicate = i -> i > 0;
    System.out.println(intPredicate.test(-9));

    // 消費函數接口
    IntConsumer intConsumer = (value) -> System.out.println("輸入的數據是：" + value);
    intConsumer.accept(123);
}

運行以上代碼，控制臺輸出如下：

false
輸入的數據是：123

有了以上接口示例的鋪墊，我們應該對函數接口的使用有了一個初步的了解，接下來我們演示剩下的函數接口使用方式：

public static void main(String[] args) {
    // 提供數據接口
    Supplier<Integer> supplier = () -> 10 + 1;
    System.out.println("提供的數據是：" + supplier.get());

    // 一元函數接口
    UnaryOperator<Integer> unaryOperator = i -> i * 2;
    System.out.println("計算結果為：" + unaryOperator.apply(10));

    // 二元函數接口
    BinaryOperator<Integer> binaryOperator = (a, b) -> a * b;
    System.out.println("計算結果為：" + binaryOperator.apply(10, 10));
}

運行以上代碼，控制臺輸出如下：

提供的數據是：11
計算結果為：20
計算結果為：100

而BiFunction接口就是比Function接口多了一個輸入而已，如下示例：

class MyMoney {
    private final int money;
    private final String name;

    public MyMoney(int money, String name) {
        this.money = money;
        this.name = name;
    }

    public void printMoney(BiFunction<Integer, String, String> moneyFormat) {
        System.out.println(moneyFormat.apply(this.money, this.name));
    }
}

public class MoneyDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyMoney me = new MyMoney(99999999, "小明");

        BiFunction<Integer, String, String> moneyFormat = (i, name) -> name + "的存款: " + new DecimalFormat("#,###").format(i);
        me.printMoney(moneyFormat);
    }
}

運行以上代碼，控制臺輸出如下：

小明的存款: 99,999,999

方法引用

在學習了lambda表達式之後，我們通常會使用lambda表達式來創建匿名方法。但有的時候我們僅僅是需要調用一個已存在的方法。如下示例：

Arrays.sort(stringsArray, (s1, s2) -> s1.compareToIgnoreCase(s2));

在jdk8中，我們可以通過一個新特性來簡寫這段lambda表達式。如下示例：

Arrays.sort(stringsArray, String::compareToIgnoreCase);

這種特性就叫做方法引用(Method Reference)。方法引用的標準形式是：類名::方法名。（註意：只需要寫方法名，不需要寫括號）。

目前方法引用共有以下四種形式：

類型	示例	代碼示例	對應的Lambda表達式
引用靜態方法	ContainingClass::staticMethodName	String::valueOf	(s) -> String.valueOf(s)
引用某個對象的實例方法	containingObject::instanceMethodName	x::toString()	() -> this.toString()
引用某個類型的任意對象的實例方法	ContainingType::methodName	String::toString	(s) -> s.toString
引用構造方法	ClassName::new	String::new	() -> new String()

下面我們用一個簡單的例子來演示一下方法引用的幾種寫法。首先定義一個實體類：

public class Dog {
    private String name = "二哈";
    private int food = 10;

    public Dog() {
    }

    public Dog(String name) {
        this.name = name;
    }

    public static void bark(Dog dog) {
        System.out.println(dog + "叫了");
    }

    public int eat(int num) {
        System.out.println("吃了" + num + "斤");
        this.food -= num;
        return this.food;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return this.name;
    }
}

通過方法引用來調用該實體類中的方法，代碼如下：

package org.zero01.example.demo;

import java.util.function.*;

/**
 * @ProjectName demo
 * @Author: zeroJun
 * @Date: 2018/9/21 13:09
 * @Description: 方法引用demo
 */
public class MethodRefrenceDemo {

    public static void main(String[] args) {
        // 方法引用，調用打印方法
        Consumer<String> consumer = System.out::println;
        consumer.accept("接收的數據");

        // 靜態方法引用，通過類名即可調用
        Consumer<Dog> consumer2 = Dog::bark;
        consumer2.accept(new Dog());

        // 實例方法引用，通過對象實例進行引用
        Dog dog = new Dog();
        IntUnaryOperator function = dog::eat;
        System.out.println("還剩下" + function.applyAsInt(2) + "斤");

        // 另一種通過實例方法引用的方式，之所以可以這麽幹是因為JDK默認會把當前實例傳入到非靜態方法，參數名為this，參數位置為第一個，所以我們在非靜態方法中才能訪問this，那麽就可以通過BiFunction傳入實例對象進行實例方法的引用
        Dog dog2 = new Dog();
        BiFunction<Dog, Integer, Integer> biFunction = Dog::eat;
        System.out.println("還剩下" + biFunction.apply(dog2, 2) + "斤");

        // 無參構造函數的方法引用，類似於靜態方法引用，只需要分析好輸入輸出即可
        Supplier<Dog> supplier = Dog::new;
        System.out.println("創建了新對象：" + supplier.get());

        // 有參構造函數的方法引用
        Function<String, Dog> function2 = Dog::new;
        System.out.println("創建了新對象：" + function2.apply("旺財"));
    }
}

類型推斷

通過以上的例子，我們知道之所以能夠使用Lambda表達式的依據是必須有相應的函數接口。這一點跟Java是強類型語言吻合，也就是說你並不能在代碼的任何地方任性的寫Lambda表達式。實際上Lambda的類型就是對應函數接口的類型。Lambda表達式另一個依據是類型推斷機制，在上下文信息足夠的情況下，編譯器可以推斷出參數表的類型，而不需要顯式指名。

所以說 Lambda 表達式的類型是從 Lambda 的上下文推斷出來的，上下文中 Lambda 表達式需要的類型稱為目標類型，如下圖所示：
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接下來我們使用一個簡單的例子，演示一下 Lambda 表達式的幾種類型推斷，首先定義一個簡單的函數接口：

@FunctionalInterface
interface IMath {
    int add(int x, int y);
}

示例代碼如下：

public class TypeDemo {

    public static void main(String[] args) {
        // 1.通過變量類型定義
        IMath iMath = (x, y) -> x + y;

        // 2.數組構建的方式
        IMath[] iMaths = {(x, y) -> x + y};

        // 3.強轉類型的方式
        Object object = (IMath) (x, y) -> x + y;

        // 4.通過方法返回值確定類型
        IMath result = createIMathObj();

        // 5.通過方法參數確定類型
        test((x, y) -> x + y);

    }

    public static IMath createIMathObj() {
        return (x, y) -> x + y;
    }

    public static void test(IMath iMath){
        return;
    }
}

變量引用

Lambda表達式類似於實現了指定接口的內部類或者說匿名類，所以在Lambda表達式中引用變量和我們在匿名類中引用變量的規則是一樣的。如下示例：

public static void main(String[] args) {
    String str = "當前的系統時間戳是: ";
    Consumer<Long> consumer = s -> System.out.println(str + s);
    consumer.accept(System.currentTimeMillis());
}

值得一提的是，在JDK1.8之前我們一般會將匿名類裏訪問的外部變量設置為final，而在JDK1.8裏默認會將這個匿名類裏訪問的外部變量給設置為final。例如我現在改變str變量的值，ide就會提示錯誤：
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至於為什麽要將變量設置final，這是因為在Java裏沒有引用傳遞，變量都是值傳遞的。不將變量設置為final的話，如果外部變量的引用被改變了，那麽最終得出來的結果就會是錯誤的。

下面用一組圖片簡單演示一下值傳遞與引用傳遞的區別。以列表為例，當只是值傳遞時，匿名類裏對外部變量的引用是一個值對象：
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若此時list變量指向了另一個對象，那麽匿名類裏引用的還是之前那個值對象，所以我們才需要將其設置為final防止外部變量引用改變：
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而如果是引用傳遞的話，匿名類裏對外部變量的引用就不是值對象了，而是指針指向這個外部變量：
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所以就算list變量指向了另一個對象，匿名類裏的引用也會隨著外部變量的引用改變而改變：
技術分享圖片

級聯表達式和柯裏化

在函數式編程中，函數既可以接收也可以返回其他函數。函數不再像傳統的面向對象編程中一樣，只是一個對象的工廠或生成器，它也能夠創建和返回另一個函數。返回函數的函數可以變成級聯 lambda 表達式，特別值得註意的是代碼非常簡短。盡管此語法初看起來可能非常陌生，但它有自己的用途。

級聯表達式就是多個lambda表達式的組合，這裏涉及到一個高階函數的概念，所謂高階函數就是一個可以返回函數的函數，如下示例：

// 實現了 x + y 的級聯表達式
Function<Integer, Function<Integer, Integer>> function1 = x -> y -> x + y;
System.out.println("計算結果為: " + function1.apply(2).apply(3));  // 計算結果為: 5

這裏的 y -> x + y 是作為一個函數返回給上一級表達式，所以第一級表達式的輸出是 y -> x + y 這個函數，如果使用括號括起來可能會好理解一些：

x -> (y -> x + y)

級聯表達式可以實現函數柯裏化，簡單來說柯裏化就是把本來多個參數的函數轉換為只有一個參數的函數，如下示例：

Function<Integer, Function<Integer, Function<Integer, Integer>>> function2 = x -> y -> z -> x + y + z;
System.out.println("計算結果為: " + function2.apply(1).apply(2).apply(3));  // 計算結果為: 6

函數柯裏化的目的是將函數標準化，函數可靈活組合，方便統一處理等，例如我可以在循環裏只需要調用同一個方法，而不需要調用另外的方法就能實現一個數組內元素的求和計算，代碼如下：

public static void main(String[] args) {
    Function<Integer, Function<Integer, Function<Integer, Integer>>> f3 = x -> y -> z -> x + y + z;
    int[] nums = {1, 2, 3};
    for (int num : nums) {
        if (f3 instanceof Function) {
            Object obj = f3.apply(num);
            if (obj instanceof Function) {
                f3 = (Function) obj;
            } else {
                System.out.println("調用結束, 結果為: " + obj);  // 調用結束, 結果為: 6
            }
        }
    }
}

級聯表達式和柯裏化一般在實際開發中並不是很常見，所以對其概念稍有理解即可，這裏只是簡單帶過，若對其感興趣的可以查閱相關資料。

參考：

https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-java8idioms9/index.html

Java函數式編程和lambda表達式

上下文系統時間 get() class www. Language .text jdk1 結束為什麽要使用函數式編程函數式編程更多時候是一種編程的思維方式，是種方法論。函數式與命令式編程的區別主要在於：函數式編程是告訴代碼你要做什麽，而命令式編程則是告訴代碼要怎麽做。

Java函數式編程和lambda表達式

JDK8接口新特性

函數接口

方法引用

類型推斷

變量引用

級聯表達式和柯裏化

Java函數式編程和lambda表達式

Python 函數式編程和面向對象編程

python函數式編程，列表生成式

Java之線程池和Lambda表達式

9. 有關函數的編程思想

Java8函數式接口以及lambda表達式實踐

Python函數化編程整理

JAVA核心技術筆記總結--第6章抽象類、接口、內部類和Lambda表達式

【java函數語言程式設計02】lambda表示式與雙冒號

python基礎13 ---函數模塊3(正則表達式)

Day4 閉包、裝飾器decorator、叠代器與生成器、面向過程編程、三元表達式、列表解析與生成器表達式、序列化與反序列化

Shell編程-正則表達式

SQL、Linq和Lambda表達式的關系

匿名方法和Lambda表達式

使用ES6新數組方法(象C# Lambda表達式一樣寫查詢語句)

c#委托中的匿名方法和lambda表達式

python命名空間和lambda表達式筆記

C++開發EOS基礎指南：叠代器和Lambda表達式

函數和函數式編程

python編程：函數式編程實現登錄和註冊

Java函數式編程和lambda表達式

JDK8接口新特性

函數接口

方法引用

類型推斷

變量引用

級聯表達式和柯裏化

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