详解JAVA 函数式编程
1.函数式接口
1.1概念:
java中有且只有一个抽象方法的接口。
1.2格式:
修饰符 interface 接口名称 { public abstract 返回值类型 方法名称(可选参数信息); // 其他非抽象方法内容 } //或者 public interface MyFunctionalInterface { void myMethod(); }
1.3@FunctionalInterface注解:
与 @Override 注解的作用类似,Java 8中专门为函数式接口引入了一个新的注解: @FunctionalInterface 。该注
解可用于一个接口的定义上:
@FunctionalInterface public interface MyFunctionalInterface { void myMethod(); }
一旦使用该注解来定义接口,编译器将会强制检查该接口是否确实有且仅有一个抽象方法,否则将会报错。需要注意的是,即使不使用该注解,只要满足函数式接口的定义,这仍然是一个函数式接口,使用起来都一样。
1.4自定义函数式接口
public class Demo09FunctionalInterface { // 使用自定义的函数式接口作为方法参数 private static void doSomething(MyFunctionalInterface inter) { inter.myMethod(); // 调用自定义的函数式接口方法 } public static void main(String[] args) { // 调用使用函数式接口的方法 doSomething(() ‐> System.out.println("Lambda执行啦!")); } }
2.函数式编程
2.1 Lambda的延迟执行
有些场景的代码执行后,结果不一定会被使用,从而造成性能浪费。而Lambda表达式是延迟执行的,这正好可以作为解决方案,提升性能。
性能浪费的日志案例
注:日志可以帮助我们快速的定位问题,记录程序运行过程中的情况,以便项目的监控和优化。
一种典型的场景就是对参数进行有条件使用,例如对日志消息进行拼接后,在满足条件的情况下进行打印输出:
public class Demo01Logger { private static void log(int level, String msg) { if (level == 1) { System.out.println(msg); } } public static void main(String[] args) { String msgA = "Hello"; String msgB = "World"; String msgC = "Java"; log(1, msgA + msgB + msgC); } }
这段代码存在问题:无论级别是否满足要求,作为 log 方法的第二个参数,三个字符串一定会首先被拼接并传入方法内,然后才会进行级别判断。如果级别不符合要求,那么字符串的拼接操作就白做了,存在性能浪费。
备注:
SLF4J是应用非常广泛的日志框架,它在记录日志时为了解决这种性能浪费的问题,并不推荐首先进行字符串的拼接,而是将字符串的若干部分作为可变参数传入方法中,仅在日志级别满足要求的情况下才会进行字符串拼接。
例如: LOGGER.debug("变量{}的取值为{}。", "os", "macOS") ,其中的大括号 {} 为占位符。
如果满足日志级别要求,则会将“os”和“macOS”两个字符串依次拼接到大括号的位置;否则不会进行字符串拼接。这也是一种可行解决方案,但Lambda可以做到更好。
体验Lambda的更优写法
使用Lambda必然需要一个函数式接口:
@FunctionalInterface public interface MessageBuilder { String buildMessage(); }
public class Demo02LoggerLambda { private static void log(int level, MessageBuilder builder) { if (level == 1) { System.out.println(builder.buildMessage()); } } public static void main(String[] args) { String msgA = "Hello"; String msgB = "World"; String msgC = "Java"; log(1, () ‐ > msgA + msgB + msgC ); } }
这样一来,只有当级别满足要求的时候,才会进行三个字符串的拼接;否则三个字符串将不会进行拼接。
证明Lambda的延迟
下面的代码可以通过结果进行验证
public class Demo03LoggerDelay { private static void log(int level, MessageBuilder builder) { if (level == 1) { System.out.println(builder.buildMessage()); } } public static void main(String[] args) { String msgA = "Hello"; String msgB = "World"; String msgC = "Java"; log(2, () ‐ > {System.out.println("Lambda执行!"); return msgA + msgB + msgC; }); } }
从结果中可以看出,在不符合级别要求的情况下,Lambda将不会执行。从而达到节省性能的效果。
扩展:实际上使用内部类也可以达到同样的效果,只是将代码操作延迟到了另外一个对象当中通过调用方法
来完成。而是否调用其所在方法是在条件判断之后才执行的。
2.2 使用Lambda作为参数和返回值
如果抛开实现原理不说,Java中的Lambda表达式可以被当作是匿名内部类的替代品。如果方法的参数是一个函数式接口类型,那么就可以使用Lambda表达式进行替代。使用Lambda表达式作为方法参数,其实就是使用函数式接口作为方法参数。
例如 java.lang.Runnable 接口就是一个函数式接口,假设有一个 startThread 方法使用该接口作为参数,那么就可以使Lambda进行传参。这种情况其实和 Thread 类的构造方法参数为 Runnable 没有本质区别。
public class Demo04Runnable { private static void startThread(Runnable task) { new Thread(task).start(); } public static void main(String[] args) { startThread(() ‐ > System.out.println("线程任务执行!")); } }
类似地,如果一个方法的返回值类型是一个函数式接口,那么就可以直接返回一个Lambda表达式。当需要通过一个方法来获取一个 java.util.Comparator 接口类型的对象作为排序器时,就可以调该方法获取。
import java.util.Arrays; import java.util.Comparator; public class Demo06Comparator { private static Comparator<String> newComparator() { return (a,b) ‐>b.length() ‐a.length(); } public static void main(String[] args) { String[] array = {"abc", "ab", "abcd"}; System.out.println(Arrays.toString(array)); Arrays.sort(array, newComparator()); System.out.println(Arrays.toString(array)); } }
其中直接return一个Lambda表达式即可。
3.常用函数式接口
JDK提供了大量常用的函数式接口以丰富Lambda的典型使用场景,它们主要在 java.util.function 包中被提供。
下面是最简单的几个接口及使用示例。
3.1 Supplier接口(求数组元素最大值)
java.util.function.Supplier<T> 接口仅包含一个无参的方法: T get() 。用来获取一个泛型参数指定类型的对象数据。由于这是一个函数式接口,这也就意味着对应的Lambda表达式需要“对外提供”一个符合泛型类型的对象数据。
求数组元素最大值
使用 Supplier 接口作为方法参数类型,通过Lambda表达式求出int数组中的最大值。提示:接口的泛型请使用java.lang.Integer 类。
public class Demo02Test { //定一个方法,方法的参数传递Supplier,泛型使用Integer public static int getMax(Supplier<Integer> sup) { return sup.get(); } public static void main(String[] args) { int arr[] = {2, 3, 4, 52, 333, 23}; //调用getMax方法,参数传递Lambda int maxNum = getMax(()‐ > { //计算数组的最大值 int max = arr[0]; for (int i : arr) { if (i > max) { max = i; } } return max; }); System.out.println(maxNum); } }
3.2 Consumer接口
java.util.function.Consumer<T> 接口则正好与Supplier接口相反,它不是生产一个数据,而是消费一个数据,其数据类型由泛型决定。
抽象方法:accept
Consumer 接
import java.util.function.Consumer; public class Demo09Consumer { private static void consumeString(Consumer<String> function) { function.accept("Hello"); } public static void main(String[] args) { consumeString(s ‐ > System.out.println(s)); } }
默认方法:andThen
如果一个方法的参数和返回值全都是 Consumer 类型,那么就可以实现效果:消费数据的时候,首先做一个操作,然后再做一个操作,实现组合。而这个方法就是 Consumer 接口中的default方法 andThen 。下面是JDK的源代码:口中包含抽象方法 void accept(T t) ,意为消费一个指定泛型的数据。基本使用如:
格式化打印信息
下面的字符串数组当中存有多条信息,请按照格式“ 姓名:XX。性别:XX。 ”的格式将信息打印出来。要求将打印姓名的动作作为第一个 Consumer 接口的Lambda实例,将打印性别的动作作为第二个 Consumer 接口的Lambda实例,将两Consumer 接口按照顺序“拼接”到一起。
import java.util.function.Consumer; public class DemoConsumer { public static void main(String[] args) { String[] array = {"迪丽热巴,女", "古力娜扎,女", "马尔扎哈,男"}; printInfo(s ‐ > System.out.print("姓名:" + s.split(",")[0]), s ‐> System.out.println("。性别:" + s.split(",")[1] + "。"), array); } private static void printInfo(Consumer<String> one, Consumer<String> two, String[] array) { for (String info : array) { one.andThen(two).accept(info); // 姓名:迪丽热巴。性别:女。 } } }
3.3 Predicate接口
有时候我们需要对某种类型的数据进行判断,从而得到一个boolean值结果。这时可以使用java.util.function.Predicate<T> 接口。
抽象方法:test
Predicate 接口中包含一个抽象方法: boolean test(T t) 。用于条件判断的场景:
import java.util.function.Predicate; public class Demo15PredicateTest { private static void method(Predicate<String> predicate) { boolean veryLong = predicate.test("HelloWorld"); System.out.println("字符串很长吗:" + veryLong); } public static void main(String[] args) { method(s ‐ > s.length() > 5); } }
默认方法:and
既然是条件判断,就会存在与、或、非三种常见的逻辑关系。其中将两个 Predicate 条件使用“与”逻辑连接起来实现“并且”的效果时,可以使用default方法 and 。其JDK源码为
import java.util.function.Predicate; public class Demo16PredicateAnd { private static void method(Predicate<String> one, Predicate<String> two) { boolean isValid = one.and(two).test("Helloworld"); System.out.println("字符串符合要求吗:" + isValid); } public static void main(String[] args) { method(s ‐ > s.contains("H"), s ‐>s.contains("W")); } }
默认方法:or
与 and 的“与”类似,默认方法 or 实现逻辑关系中的“或”。JDK源码为:
import java.util.function.Predicate; public class Demo16PredicateAnd { private static void method(Predicate<String> one, Predicate<String> two) { boolean isValid = one.or(two).test("Helloworld"); System.out.println("字符串符合要求吗:" + isValid); } public static void main(String[] args) { method(s ‐ > s.contains("H"), s ‐>s.contains("W")); } }
默认方法:negate
“与”、“或”已经了解了,剩下的“非”(取反)也会简单。默认方法 negate 的JDK源代码为:从实现中很容易看出,它是执行了test方法之后,对结果boolean值进行“!”取反而已。一定要在 test 方法调用之前调用 negate 方法,正如 and 和 or 方法一样:
import java.util.function.Predicate; public class Demo17PredicateNegate { private static void method(Predicate<String> predicate) { boolean veryLong = predicate.negate().test("HelloWorld"); System.out.println("字符串很长吗:" + veryLong); } public static void main(String[] args) { method(s ‐ > s.length() < 5); } }
信息筛选
数组当中有多条“姓名+性别”的信息如下,请通过 Predicate 接口的拼装将符合要求的字符串筛选到集合ArrayList 中,需要同时满足两个条件:
1. 必须为女生;
2. 姓名为4个字。
import java.util.ArrayList; import java.util.List; import java.util.function.Predicate; public class DemoPredicate { public static void main(String[] args) { String[] array = {"迪丽热巴,女", "古力娜扎,女", "马尔扎哈,男", "赵丽颖,女"}; List<String> list = filter(array, s ‐ > "女".equals(s.split(",")[1]), s ‐>s.split(",")[0].length() == 4); System.out.println(list); } private static List<String> filter(String[] array, Predicate<String> one, Predicate<String> two) { List<String> list = new ArrayList<>(); for (String info : array) { if (one.and(two).test(info)) { list.add(info); } } return list; } }
3.4 Function接口
java.util.function.Function<T,R> 接口用来根据一个类型的数据得到另一个类型的数据,前者称为前置条件,后者称为后置条件。
抽象方法:apply
Function 接口中最主要的抽象方法为: R apply(T t) ,根据类型T的参数获取类型R的结果。使用的场景例如:将 String 类型转换为 Integer 类型。
import java.util.function.Function; public class Demo11FunctionApply { private static void method(Function<String, Integer> function) { int num = function.apply("10"); System.out.println(num + 20); } public static void main(String[] args) { method(s ‐ > Integer.parseInt(s)); } }
默认方法:andThen
Function 接口中有一个默认的 andThen 方法,用来进行组合操作。
练习:自定义函数模型拼接
题目
请使用 Function 进行函数模型的拼接,按照顺序需要执行的多个函数操作为:
String str = "赵丽颖,20";
1. 将字符串截取数字年龄部分,得到字符串;
2. 将上一步的字符串转换成为int类型的数字;
3. 将上一步的int数字累加100,得到结果int数字。
import java.util.function.Function; public class DemoFunction { public static void main(String[] args) { String str = "赵丽颖,20"; int age = getAgeNum(str, s ‐ > s.split(",")[1], s ‐>Integer.parseInt(s), n ‐>n += 100); System.out.println(age); } private static int getAgeNum(String str, Function<String, String> one, Function<String, Integer> two, Function<Integer, Integer> three) { return one.andThen(two).andThen(three).apply(str); } }
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