Java 8函数式接口functional interface的秘密

Java 8函数式接口functional interface的秘密

2014年10月29日 17:52:55 西瓜可乐520 阅读数：3729

 

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1. JDK 8之前已有的函数式接口
2. 新定义的函数式接口
3. 函数式接口中可以额外定义多个抽象方法，但这些抽象方法签名必须和Object的public方法一样
4. 声明异常
5. 静态方法
6. 默认方法
7. 泛型及继承关系
8. 函数式接口的交集
9. @FunctionalInterface

函数式接口(Functional Interface)是Java 8对一类特殊类型的接口的称呼。 这类接口只定义了唯一的抽象方法的接口（除了隐含的Object对象的公共方法）， 因此最开始也就做SAM类型的接口（Single Abstract Method）。

为什么会单单从接口中定义出此类接口呢？ 原因是在Java Lambda的实现中， 开发组不想再为Lambda表达式单独定义一种特殊的Structural函数类型，称之为箭头类型（arrow type）， 依然想采用Java既有的类型系统(class, interface, method等)， 但是增加一个结构化的函数类型会增加函数类型的复杂性，破坏既有的Java类型，并对成千上万的Java类库造成严重的影响。 权衡利弊， 最终还是利用SAM 接口作为 Lambda表达式的目标类型。

JDK中已有的一些接口本身就是函数式接口，如Runnable。 JDK 8中又增加了java.util.function包， 提供了常用的函数式接口。

函数式接口代表的一种契约， 一种对某个特定函数类型的契约。 在它出现的地方，实际期望一个符合契约要求的函数。 Lambda表达式不能脱离上下文而存在，它必须要有一个明确的目标类型，而这个目标类型就是某个函数式接口。

当然， Java 8发布快一年了， 你对以上的概念也应该有所了解了，这篇文章也不会介绍这些基础的东西， 而是想深入的探讨函数式接口的概念和应用。

JDK 8之前已有的函数式接口

• java.lang.Runnable
• java.util.concurrent.Callable
• java.security.PrivilegedAction
• java.util.Comparator
• java.io.FileFilter
• java.nio.file.PathMatcher
• java.lang.reflect.InvocationHandler
• java.beans.PropertyChangeListener
• java.awt.event.ActionListener
• javax.swing.event.ChangeListener

新定义的函数式接口

java.util.function中定义了几组类型的函数式接口以及针对基本数据类型的子类。

• Predicate — 传入一个参数，返回一个bool结果， 方法为boolean test(T t)
• Consumer — 传入一个参数，无返回值，纯消费。 方法为void accept(T t)
• Function — 传入一个参数，返回一个结果，方法为R apply(T t)
• Supplier — 无参数传入，返回一个结果，方法为T get()
• UnaryOperator — 一元操作符， 继承Function,传入参数的类型和返回类型相同。
• BinaryOperator — 二元操作符， 传入的两个参数的类型和返回类型相同， 继承BiFunction

Java API的对函数式接口都已经标明了， 如

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java.lang Interface Runnable   All Known Subinterfaces: RunnableFuture<V>, RunnableScheduledFuture<V>   All Known Implementing Classes: AsyncBoxView.ChildState, ForkJoinWorkerThread, FutureTask, RenderableImageProducer, SwingWorker, Thread, TimerTask   Functional Interface: This is a functional interface and can therefore be used as the assignment target for a lambda expression or method reference.

函数式接口中可以额外定义多个抽象方法，但这些抽象方法签名必须和Object的public方法一样

接口最终有确定的类实现， 而类的最终父类是Object。 因此， 函数式接口可以定义Object的public方法。
如以下的接口依然是函数式接口：

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@FunctionalInterface public interface ObjectMethodFunctionalInterface { void count(int i);   String toString(); //same to Object.toString int hashCode(); //same to Object.hashCode boolean equals(Object obj); //same to Object.equals }

为什么限定public类型的方法呢？因为接口中定义的方法都是public类型的。 举个例子，下面的接口就不是函数式接口：

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interface WrongObjectMethodFunctionalInterface { void count(int i);   Object clone(); //Object.clone is protected }

因为Object.clone方法是protected类型。

声明异常

函数式接口的抽象方法可以声明 可检查异常(checked exception)。 在调用目标对象的这个方法时必须catch这个异常。

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public class FunctionalInterfaceWithException { public static void main(String[] args) { InterfaceWithException target = i -> {}; try { target.apply(10); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } } @FunctionalInterface interface InterfaceWithException { void apply(int i) throws Exception; }

这和以前的接口/方法调用一样。

但是，如果在Lambda表达式中抛出异常， 而目标接口中的抽象函数没有声明这个可检查， 则此接口不能作为此lambda表达式的目标类型。

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public class FunctionalInterfaceWithException { public static void main(String[] args) { InterfaceWithException target = i -> {throw new Exception();}; } }   @FunctionalInterface interface InterfaceWithException { void apply(int i); }

上面的例子中不能编译， 因为lambda表达式要求的目标类型和InterfaceWithException不同。 InterfaceWithException的函数没有声明异常。

静态方法

函数式接口中除了那个抽象方法外还可以包含静态方法。
Java 8以前的规范中接口中不允许定义静态方法。 静态方法只能在类中定义。 Java 8中可以定义静态方法。

1个或者多个静态方法不会影响SAM接口成为函数式接口。
下面的例子中FunctionalInterfaceWithStaticMethod包含一个SAM: apply,还有一个静态方法sum。 它依然是函数式接口。

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@FunctionalInterface interface FunctionalInterfaceWithStaticMethod { static int sum(int[] array) { return Arrays.stream(array).reduce((a, b) -> a+b).getAsInt(); }   void apply(); }   public class StaticMethodFunctionalInterface { public static void main(String[] args) { int sum = FunctionalInterfaceWithStaticMethod.sum(new int[]{1,2,3,4,5});   FunctionalInterfaceWithStaticMethod f = () -> {}; } }

默认方法

Java 8中允许接口实现方法， 而不是简单的声明， 这些方法叫做默认方法，使用特殊的关键字default。
因为默认方法是不是抽象方法，所以不影响我们判断一个接口是否是函数式接口。

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@FunctionalInterface interface InterfaceWithDefaultMethod { void apply(Object obj);   default void say(String name) { System.out.println("hello " + name); }   }   class FunctionalInterfaceWithDefaultMethod { public static void main(String[] args) { InterfaceWithDefaultMethod i = (o) -> {}; i.apply(null); i.say("default method"); } }

InterfaceWithDefaultMethod仍然是一个函数式接口。

泛型及继承关系

接口可以继承接口。 如果父接口是一个函数接口， 那么子接口也可能是一个函数式接口。 判断标准依据下面的条件：

对于接口I, 假定M是接口成员里的所有抽象方法的继承(包括继承于父接口的方法)， 除去具有和Object的public的实例方法签名的方法， 那么我们可以依据下面的条件判断一个接口是否是函数式接口， 这样可以更精确的定义函数式接口。
如果存在一个一个方法m， 满足：

• m的签名（subsignature）是M中每一个方法签名的子签名（signature）
• m的返回值类型是M中的每一个方法的返回值类型的替代类型（return-type-substitutable）
  那么I就是一个函数式接口。

看几个例子。
1)

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interface X { int m(Iterable<String> arg); } interface Y { int m(Iterable<String> arg); } interface Z extends X, Y {}

接口Z继承了X,Y接口的m方法，由于这两个方法的签名相同，返回值也一样，所以Z有唯一的一个抽象方法int m(Iterable<String> arg);,可以作为函数式接口。

2)

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interface X { Iterable m(Iterable<String> arg); } interface Y { Iterable<String> m(Iterable arg); } interface Z extends X, Y {}

方法签名Y.m 既满足签名是X.m，并且返回值也满足return-type-substitutable。所以Z是函数式接口，函数类型为Iterable<String> m(Iterable arg)。

3)

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interface X { int m(Iterable<String> arg); } interface Y { int m(Iterable<Integer> arg); } interface Z extends X, Y {}

编译出错， 没有一个方法的签名是所有方法的子签名：

4)

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interface X { int m(Iterable<String> arg, Class c); } interface Y { int m(Iterable arg, Class<?> c); } interface Z extends X, Y {}

Compiler error: No method has a subsignature of all abstract methods
编译出错， 没有一个方法的签名是所有方法的子签名

5)

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interface X { long m(); } interface Y { int m(); } interface Z extends X, Y {}

Compiler error: no method is return type substitutable
编译出错， 返回值类型不同。

6)

1 2 3

interface Foo<T> { void m(T arg); } interface Bar<T> { void m(T arg); } interface FooBar<X, Y> extends Foo<X>, Bar<Y> {}

Compiler error: different signatures, same erasure
编译出错

7)

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interface Foo { void m(String arg); } interface Bar<T> { void m(T arg); } interface FooBar<T> extends Foo, Bar<T> {}

不是一个函数式接口， 两个方法的类型参数不一样。

8)

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interface X { void m() throws IOException; } interface Y { void m() throws EOFException; } interface Z { void m() throws ClassNotFoundException; } interface XY extends X, Y {} interface XYZ extends X, Y, Z {}

X.m,Y.m,Z.m方法签名相同，返回值类型都是void，只是异常列表不同。 EOFException是IOException的子类。
在这种情况下XY和XYZ都是函数式接口，但是函数类型不同。
// XY has function type ()->void throws EOFException
// XYZ has function type ()->void (throws nothing)

9)

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interface A { List<String> foo(List<String> arg) throws IOException, SQLTransientException; } interface B { List foo(List<String> arg) throws EOFException, SQLException, TimeoutException; } interface C { List foo(List arg) throws Exception; } interface D extends A, B {} interface E extends A, B, C {}

// D has function type (List)->List throws EOFException, SQLTransientException
// E has function type (List)->List throws EOFException, SQLTransientException

10)

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interface G1 { <E extends Exception> Object m() throws E; } interface G2 { <F extends Exception> String m() throws Exception; } interface G extends G1, G2 {}

// G has function type ()->String throws F

函数式接口的交集

1)

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public class Z { public static void main(String[] args) { Object o = (I & J) () -> {}; } } interface I { void foo(); }   interface J { void foo(); }

I和J方法的交集依然符合函数式接口的定义。 上述代码可以用JDK中的javac编译通过但是Eclipse报错，这是Eclipse的一个bug。

2)

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public class Z { public static void main(String[] args) { Object o = (I & J) () -> {}; } } interface I { void foo(); }   interface J { void foo(); }

上述代码Eclipse不会报错但是javac无法编译，javac认为 (I & J)不是一个函数式接口。 看起来javac工作正常， Eclipse处理这样的case还有问题。

@FunctionalInterface

Java 不会强制要求你使用@FunctionalInterface注解来标记你的接口是函数式接口， 然而，作为API作者， 你可能倾向使用@FunctionalInterface指明特定的接口为函数式接口， 这只是一个设计上的考虑， 可以让用户很明显的知道一个接口是函数式接口。

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@FunctionalInterface public interface SimpleFuncInterface { public void doWork(); }

如果你在一个不是函数式的接口使用@FunctionalInterface标记的话，会出现什么情况？编译时出错。

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error: Unexpected @FunctionalInterface annotation @FunctionalInterface ^ I is not a functional interface multiple non-overriding abstract methods found in interface I