java8 函数式编程一

admin 2018-12-07 阅读


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一、函数接口

接口 参数 返回类型 描述
Predicate<T> T boolean 用来比较操作
Consumer<T> T void 没有返回值的函数
Function<T, R> T R 有返回值的函数
Supplier<T> None T 工厂方法-返回一个对象
UnaryOperator<T> T T 入参和出参都是相同对象的函数
BinaryOperator<T> (T,T) T 求两个对象的操作结果

为什么要先从函数接口说起呢?因为我觉得这是 java8 函数式编程的入口呀!每个函数接口都带有 @FunctionalInterface 注释,有且仅有一个未实现的方法,表示接收 Lambda 表达式,它们存在的意义在于将代码块作为数据打包起来。

没有必要过分解读这几个函数接口,完全可以把它们看成普通的接口,不过他们有且仅有一个抽象方法(因为要接收 Lambda 表达式啊)。

@FunctionalInterface 该注释会强制 javac 检查一个接口是否符合函数接口的标准。 如果该注释添加给一个枚举类型、 类或另一个注释, 或者接口包含不止一个抽象方法, javac 就会报错。

二、Lambda 表达式

1、Lambda 表达式和匿名内部类

先来复习一下匿名内部类的知识:

  • 如果是接口,相当于在内部返回了一个接口的实现类,并且实现方式是在类的内部进行的;
  • 如果是普通类,匿名类相当于继承了父类,是一个子类,并可以重写父类的方法。
  • 需要特别注意的是,匿名类没有名字,不能拥有一个构造器。如果想为匿名类初始化,让匿名类获得一个初始化值,或者说,想使用匿名内部类外部的一个对象,则编译器要求外部对象为final属性,否则在运行期间会报错。
 new Thread(new Runnable() {
     @Override
     public void run() {
         System.out.println(123);
     }
 }).start();
new Thread(()-> System.out.println(123)).start();

如上,和传入一个实现某接口的对象不同, 我们传入了一段代码块 —— 一个没有名字的函数。() 是参数列表, 和上面匿名内部类示例中的是一样的。 -> 将参数和 Lambda 表达式的主体分开, 而主体是之后操作会运行的一些代码。

Lambda 表达式简化了匿名内部类的写法,省略了函数名和参数类型。即参数列表 () 中可以仅指定参数名而不指定参数类型。

Java 是强类型语言,为什么可以不指定参数类型呢?这得益于 javac 的类型推断机制,编译器能够根据上下文信息推断出参数的类型,当然也有推断失败的时候,这时就需要手动指明参数类型了。javac 的类型推断机制如下:

  • 对于类中有重载的方法,javac 在推断类型时,会挑出最具体的类型。
  • 如果只有一个可能的目标类型, 由相应函数接口里的参数类型推导得出;
  • 如果有多个可能的目标类型, 由最具体的类型推导得出;
  • 如果有多个可能的目标类型且最具体的类型不明确, 则需人为指定类型。

2、Lambda 表达式和集合

java8 在 java.util 包中引入了一个新的类 —— Stream.java。java8 之前我们迭代集合,都只能依赖外部迭代器 Iterator 对集合进行串行化处理。而 Stream 支持对集合顺序和并行聚合操作,将更多的控制权交给集合类,是一种内部迭代方式。这有利于方便用户写出更简单的代码,明确要达到什么转化,而不是如何转化。

Stream 的操作有两种,一种是描述 Stream ,如 filter、map 等最终不产生结果的行为称为"惰性求值";另外一种像 foreach、collect 等是从 Stream 中产生结果的行为称为"及早求值"。

接下来让我们瞧瞧 Stream 如何结合 Lambda 表达式优雅的处理集合...

  • foreach - 迭代集合
list.forEach(e -> System.out.println(e));

map.forEach((k, v) -> {
    System.out.println(k);
    System.out.println(v);
});
  • collect(toList()) - 由Stream里的值生成一个列表。
List<String> list = Stream.of("java", "C++", "Python").collect(Collectors.toList());

等价于:

List<String> asList = Arrays.asList("java", "C++", "Python");
  • filter - 遍历并检查过滤其中的元素。
long count = list.stream().filter(x -> "java".equals(x)).count();
  • map、mapToInt、mapToLong、mapToDouble - 将流中的值转换成一个新的值。
List<String> mapList = list.stream().map(str -> str.toUpperCase()).collect(Collectors.toList());

List<String> list = Stream.of("java", "javascript", "python").collect(Collectors.toList());
IntSummaryStatistics intSummaryStatistics = list.stream().mapToInt(e -> e.length()).summaryStatistics();
System.out.println("最大值:" + intSummaryStatistics.getMax());
System.out.println("最小值:" + intSummaryStatistics.getMin());
System.out.println("平均值:" + intSummaryStatistics.getAverage());
System.out.println("总数:" + intSummaryStatistics.getSum());

mapToInt、mapToLong、mapToDouble 和 map 操作类似,只是把函数接口的返回值改为 int、long、double 而已。

  • flatMap - 将多个 Stream 连接成一个 Stream
List<String> streamList = Stream.of(list, asList).flatMap(x -> x.stream()).collect(Collectors.toList());

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。

  • Max-求最大值、Min-求最小值
String maxStr = list.stream().max(Comparator.comparing(e -> e.length())).get();
String minStr = list.stream().min(Comparator.comparing(e -> e.length())).get();
  • reduce - 聚合操作,从一组元素中生成一个值,sum()、max()、min()、count() 等都是reduce操作,将他们单独设为函数只是因为常用。
Integer sum1 = Stream.of(1, 2, 3).reduce(0, (acc, e) -> acc + e);

上述执行求和操作,有两个参数: 传入 Stream 中初始值和 acc。 将两个参数相加,acc 是累加器,保存着当前的累加结果。

  • 待续...

三、默认方法

java8 中新增了 Stream 操作,那么第三方类库中的自定义集合 MyList 要怎么做到兼容呢?总不能升级完 java8,第三方类库中的集合实现全都不能用了吧?

为此,java8 在接口中引入了"默认方法"的概念!默认方法是指接口中定义的包含方法体的方法,方法名有 default 关键字做前缀。默认方法的出现是为了 java8 能够向后兼容。

public interface Iterable<T> {
    /**
     * Performs the given action for each element of the {@code Iterable}
     * until all elements have been processed or the action throws an
     * exception.  Unless otherwise specified by the implementing class,
     * actions are performed in the order of iteration (if an iteration order
     * is specified).  Exceptions thrown by the action are relayed to the
     * caller.
     *
     * @implSpec
     * <p>The default implementation behaves as if:
     * <pre>{@code
     *     for (T t : this)
     *         action.accept(t);
     * }</pre>
     *
     * @param action The action to be performed for each element
     * @throws NullPointerException if the specified action is null
     * @since 1.8
     */
    default void forEach(Consumer<? super T> action) {
        Objects.requireNonNull(action);
        for (T t : this) {
            action.accept(t);
        }
    }
}

看 java8 中的这个 Iterable.java 中的默认方法 forEach(Consumer<? super T> action),表示“如果你们没有实现 forEach 方法,就使用我的吧”。

默认方法除了添加了一个新的关键字 default,在继承规则上和普通方法也略有差别:

  • 类胜于接口。如果在继承链中有方法体或抽象的方法声明,那么就可以忽略接口中定义的方法。
  • 子类胜于父类。果一个接口继承了另一个接口, 且两个接口都定义了一个默认方法,那么子类中定义的方法胜出。
  • 如果上面两条规则不适用, 子类要么需要实现该方法, 要么将该方法声明为抽象方法。

四、其他

  • 使用 Lambda 表达式,就是将复杂性抽象到类库的过程。
  • 面向对象编程是对数据进行抽象, 而函数式编程是对行为进行抽象。
  • Java8 虽然在匿名内部类中可以引用非 final 变量, 但是该变量在既成事实上必须是final。即如果你试图给该变量多次赋值, 然后在 Lambda 表达式中引用它, 编译器就会报错。
  • Stream 是用函数式编程方式在集合类上进行复杂操作的工具。
  • 对于需要大量数值运算的算法来说, 装箱和拆箱的计算开销, 以及装箱类型占用的额外内存, 会明显减缓程序的运行速度。为了减小这些性能开销, Stream 类的某些方法对基本类型和装箱类型做了区分。比如 IntStream、LongStream 等。
  • Java8 对为 null 的字段也引进了自己的处理,既不用一直用 if 判断对象是否为 null,来看看?
public static List<AssistantVO> getAssistant(Long tenantId) {
    // ofNullable 如果 value 为null,会构建一个空对象。
    Optional<List<AssistantVO>> assistantVO = Optional.ofNullable(ASSISTANT_MAP.get(tenantId));
    // orElse 如果 value 为null,选择默认对象。 
    assistantVO.orElse(ASSISTANT_MAP.get(DEFAULT_TENANT));
    return assistantVO.get();
}

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