Java函数式编程：一、函数式接口，lambda表达式和方法引用

时间：2022-10-22 07:11:25

Java函数式编程

什么是函数式编程

通过整合现有代码来产生新的功能，而不是从零开始编写所有内容，由此我们会得到更加可靠的代码，并获得更高的效率

我们可以这样理解：面向对象编程抽象数据，函数式编程抽象行为。

通常而言，方法会根据所传递的数据产生不同的结果，但如果想让一个方法在每次调用时都有不同的表现该怎么办？你可能会想到多态，没错，多态是一种通过改变实际执行的方法所属对象，以此来改变实际执行的方法代码的方式，许多框架实现IoC本质上也是实现了一种自动化的多态。而这里我们要聊聊其他的两种方法。

如果我们直接将代码传递给方法，就可以控制其行为，Java 8以后，我们可以通过lambda表达式和方法引用这两个新的方法来实现这一点。

1、函数式接口

什么是函数式接口

什么是函数式接口？这是我们理解Lambda表达式以及方法引用的重点，这些接口是lambda表达式和方法引用的目标类型，这里我们引用一个比较容易理解的说法：函数式接口是一个只有一个抽象方法 (不包含祖先类Object中的公共方法，如hashcode()等) 的接口。

当我们在编写接口时，这种函数式方法模式可以使用@FunctionalInterface注解来强制实施，如果被注解的接口不符合标准那么就会在编译时报错。下面给出例子：

interface Functional{// 是函数式接口
    String speak();
}

interface NoFunctional{// 不是函数式接口
    String speak();
    String laugh();
}

interface IsFunctional{// 是函数式接口，因为toString()是Object祖先类的公共方法，不算在内
    String spaek();
    String toString();
}

它们的意义是什么呢？

这里拿出一个例子：

interface Say{
    void say();
}

class Speaker{
    public static void speak(){
        System.out.println("Hello, my friend!");
    }
    
    public static void main(String[] args){
        Say say = Speaker::speak; // 这里的::表示我们引用了Speaker类的speak方法
        say.say();
        // 输出Hello, my friend!
    }
}

很神奇是不是？我们直接将一个方法引用赋给了一个接口的对象。这里初看的话显然问题一堆，首先方法怎么能作为对象赋值，其次该类也没有实现该接口，最后，就算能说通，我们的接口和Speaker类根本没有相同的方法啊！怎么就调用say.say()效果等同于Speaker.speak()呢？

重要：这是Java 8增加的一个小魔法：如果我们将一个方法引用或一个lambda表达式赋给一个函数式接口(且两个方法的返回值类型和参数类型可以匹配上，方法名并不重要)，那么Java会自动调整这个赋值操作，使其能够匹配目标接口。
对于底层来说，这里是Java编译器创建一个实现了目标接口的类的实例，并将我们的方法引用或lambda表达式包裹在其中。

事实上，很容易预见，在这里如果我们直接将一个Speaker对象赋给一个Say接口，那么是无法做到的，因为Speaker虽然符合Say的模式，但却没有显式的实现Say接口。幸运的是，Java 8的函数式接口允许我们直接把一个实例方法赋给这样的一个接口，这样语法更好，更简单。

Java为我们准备了大量的函数式接口，这样我们就可以尽量避免自己创建大量的接口，这些接口都可以在Java.util.function包中轻松找到。
不过Java最多只准备了具有两个参数的函数式接口，但是接口又不难写，只要我们理解了函数式接口的意义和用法，自己写一个能容纳更多参数的函数式接口不过是信手拈来罢了。

// 举个例子，一个有四个泛型参数的函数式接口
@FunctionalInterface
public interface TriFunction<T, U, V, R>{
    R apply(T t, U u, V v, R r);
}

补充

在Java给出的函数式接口中，我们只能看到一部分涉及基本类型的函数式接口。其余都是由泛型完成的，为什么要这么做呢？估计就是因为对于某些很常用的函数式接口，如整形输入+Double输出这样。如果我们采用泛型Function<Integer, Double>来实现，就涉及到自动装箱和自动拆箱的性能问题，如果该方法会被大量调用，那么还是直接声明清楚其中的类型对于我们的整体性能更为有利

2、Lambda表达式

lambda表达式本质上是一个匿名方法，其中以->为分隔符，在其前的是输入参数，在其后的是返回变量。

lambda表达式是函数式接口的其中一个"成果"——另一个是方法引用，我们可以将相同输入输出参数 (类型和数量都匹配) 的lambda表达式赋给一个函数式接口，通过调用赋值后的接口再来调用我们创建的lambda表达式。

lambda表达式的语法如下所示：

  • 参数
  • ->，它可以读作产生(produces)
  • 方法体
msg -> msg + "!";

msg -> msg.upperCase();

() -> "hello world";

h -> {
    System.out.println(h + "abcdefg");
    return h.lowerCase();
}

有以下这些问题需要注意：

  • lambda表达式如果只有一个参数，可以只写该参数不写括号，但你要知道这是一种特殊情况而不是相反
  • 通常需要括号将参数包裹起来，为了一致性考虑，单个参数时也可以使用括号
  • 没有参数时，必须要有括号指代输入的参数
  • 存在多个参数时必须要以括号包裹，逗号分割
  • 如果一句话就可以表示返回值，那么就直接写到方法体所在的位置，此时return关键字是不合法的
  • 如果一句话无法囊括，那么就需要使用花括号将所有函数体包裹并以return返回结果

与内部匿名类相比，lambda表达式的可读性极佳，所以如果你需要使用这样的方法，你应该掌握lambda表达式。

注意，如果你要利用lambda表达式实现递归调用自身的话，必须要将该表达式赋值给一个静态变量或一个实例变量，否则该语句对于编译器可能过于复杂，会产生编译错误。

3、方法引用

方法引用指向的是方法，通过类名或对象名，跟::，然后跟方法名就可以实现方法引用，注意，这种方法并不需要在方法名后面加上参数列表。

className::method; // 注意，没有括号！

我们可以通过一个接口，引用那些签名 (方法的参数类型数量以及返回类型) 一致的方法。

需要注意的是，任何方法要被引用，都需要该方法存在其绑定对象，这个对象对于静态方法而言就是其Class对象，而对于普通方法而言，则需要确保存在该类对象。

该对象要么被你创建出来并显式的赋给方法引用，类似这样

Object o = new o;
method(o::methodName);

这样我们的编译器就知道，这个方法是由我们的对象o来运行的，非常的明确。

但是，还有一种情况就是未绑定的方法引用，即尚未关联到某个对象的普通方法。对于这种引用，必须先提供对象，才能进行使用。

interface Showable{
    String show(Show1 s);
}

class Show1{
    public String show(){
        return "hello world";
    }
}

public class test {
    public static void main(String[] args){
        Show1 s = new Show1();
        Showable sa = Show1::show;

        System.out.println(s.show());
        // 关键就在这里，我们知道这里sa实际上没有实例，show()当然无法调用，但实际上这里最终会调用到对象s的show()方法
        // 实际上，这里Java知道，它必须接受这个参数s，并且在s上面调用方法
        // 如果方法有更多参数，只需遵循第一个参数取得是this这种模式
        System.out.println(sa.show(s));
    }
}

若不只一个参数，则如下

public class test {
    public static void main(String[] args){
        Show1 s = new Show1();
        Showable sa = Show1::show;

        System.out.println(s.show(1, 2));
        System.out.println(sa.show(s, 1, 2));
    }

}
interface Showable{
    String show(Show1 s, int a, int b);
}

class Show1{
    public String show(int a, int b){
        return "hello world";
    }
}

实际上，除了普通的方法外，我们还可以通过new代替方法名来引用其构造器方法，这也是非常有用的，由于构造器方法实际上绑定该类，相当于静态方法，所以我们只需要通过接口直接调用即可。

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