重识Java8函数式编程

前言

最近真的是太忙忙忙忙忙了，很久没有更新文章了。最近工作中看到了几段关于函数式编程的代码，但是有点费解，于是就准备总结一下函数式编程。很多东西很简单，但是如果不总结，可能会被它的各种变体所困扰。接触Lambda表达式已经很久了，但是也一直是处于照葫芦画瓢的阶段，所以想自己去编写相关代码，也有些捉襟见肘。

1. Lambda表达式的不同形式

// 基本形式

参数 -> 主体

1.1 形式一

Runnable noArguments = () -> System.out.println("Hello World");

该形式的Lambda表达式不包含参数，使用空括号()表示没有参数。它实现了Runnable接口，该接口也只有一个run方法，没有桉树，且返回类型为void。

1.2 形式二

ActionListener oneArgument = event -> System.out.println("button clicked");

该形式的Lambda表达式包含且只包含一个参数，可省略参数的符号。

1.3 形式三

Runnable multiStatement = () -> {

	System.out.print("Hello");

    System.out.println(" World");

};

Lambda表达式的主体不仅可以使一个表达式，而且也可以是一段代码块，使用大括号{}将代码块括起来。该代码块和普通方法遵循的规则别无二致，可以用返回或抛出异常来退出。只有以行代码的Lambda表达式也可以使用大括号，用以明确Lambda表达式从何处开始，到哪里结束。

1.4 形式四

BinaryOperator<Long> add = (x, y) -> x + y;

Lambda表达式也可以表示包含多个参数的方法，上面的Lambda表达式并不是将两个数字相加，而是创建了一个函数，用来计算两个数字相加的结果。变量add的类型时BinaryOperator，它不是两个数字的和，而是将两个数字相加的那行代码。

1.5 形式五

BinaryOperator<Long> addExplicit = (Long x, Long y) -> x + y;

到目前为止，所有Lambda表达式中的参数类型都是由编译器推断得出的。但有时最好也可以显示声明参数类型，此时就需要使用小括号将参数括起来，多个参数的情况也是如此。

2. 引用值，而不是变量

如果你曾使用过匿名内部类，也许遇到过这样的情况：需要引用它所在方法里的变量。这是，需要将变量声明为final。

final String name = getUserName();

button.addActionListener(new ActionListener() {

	public void actionPerformed(ActionEvent event) {

        System.out.println("hi " + name);

    }

});

将变量声明为 final，意味着不能为其重复赋值。同时也意味着在使用 final 变量时，实际上是在使用赋给该变量的一个特定的值。

Java 8 虽然放松了这一限制，可以引用非 final 变量，但是该变量在既成事实上必须是 final(意思就是你不能再次对该变量赋值)。虽然无需将变量声明为 final，但在 Lambda 表达式中，也无法用作非终态变量。如果坚持用作非终态变量，编译器就会报错。既成事实上的 final 是指只能给该变量赋值一次。换句话说，Lambda 表达式引用的是值，而不是变量。

例如：

String name = getUserName();

button.addActionListener(event -> System.out.println("hi " + name));

3. 函数接口

在 Java 里，所有方法参数都有固定的类型。假设将数字 3 作为参数传给一个方法，则参数的类型是 int。那么，Lambda 表达式的类型又是什么呢？

使用只有一个方法的接口来表示某特定方法并反复使用，是很早就有的习惯。使用 Swing 编写过用户界面的人对这种方式都不陌生，这里无需再标新立异，Lambda 表达式也使用同样的技巧，并将这种接口称为函数接口。

接口中单一方法的命名并不重要，只要方法签名和 Lambda 表达式的类型匹配即可。可在函数接口中为参数起一个有意义的名字，增加代码易读性，便于更透彻地理解参数的用途。

3.1 Java中重要的函数接口

接口	参数	返回类型	示例
Predicate	T	boolean	判断是否
Consumer	T	void	输出一个值
Function<T,R>	T	T	获得对象的名字
Supplier	None	T	工厂方法
UnaryOperator	T	T	逻辑非（!）
BinaryOperator	(T, T)	T	求两个数的乘积（*）

3.2 函数接口定义

定义函数接口需要使用到注解@FunctionalInterface

例如：

@FunctionalInterface

public interface MyFuncInterface {

	void print();

}

使用：

public class MyFunctionalInterfaceTest {

    public static void main(String[] args) {

        doPrint(() -> System.out.println("java"));

    }

    public static void doPrint(MyFuncInterface my) {

        System.out.println("请问你喜欢什么编程语言？");

        my.print();

    }

}

说明：

这只是一个很简单的例子，有人觉得为什么要搞这么复杂，去定义一个接口？这个问题还是读者在平时的工作中去感悟吧，总之，先学会怎么用它。不至于看了别人写的代码都看不懂。

至于我个人的理解，可以简单聊聊。以前写过JavaScript，里面有一种语法就是将自定义函数B作为参数传递到另外一个函数A里面，在函数A里面会执行你自定义的函数B逻辑，我当时就非常喜欢这种特性，因为每个人关于函数B的实现可能不一样，亦或者场景不一样也会导致函数B的实现不一样。我觉得Java8的这个函数式编程就是对这一特性的补充。

4. 流

流的常用操作有很多，例如collect(toList())、map、filter、max、min等，下面介绍一下flatMap和reduce。

4.1 flatMap

flatMap 方法可用 Stream 替换值，然后将多个 Stream 连接成一个 Stream。

List<Integer> together = Stream.of(asList(1, 2), asList(3, 4))

    .flatMap(numbers -> numbers.stream())

    .collect(toList());

assertEquals(asList(1, 2, 3, 4), together);

调用 stream 方法，将每个列表转换成 Stream 对象，其余部分由 flatMap 方法处理。 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。

4.2 reduce

reduce 操作可以实现从一组值中生成一个值。对于 count、min 和 max 方法，因为常用而被纳入标准库中。事实上，这些方法都是 reduce 操作。

如何通过 reduce 操作对 Stream 中的数字求和。以 0 作起点——一个空Stream 的求和结果，每一步都将 Stream 中的元素累加至 accumulator，遍历至 Stream 中的最后一个元素时，accumulator 的值就是所有元素的和。

int count = Stream.of(1, 2, 3)

    .reduce(0, (acc, element) -> acc + element);

assertEquals(6, count);

Lambda 表达式的返回值是最新的 acc，是上一轮 acc 的值和当前元素相加的结果。reducer 的类型是前面已介绍过的 BinaryOperator。

5. Optional

reduce 方法的一个重点尚未提及：reduce 方法有两种形式，一种如前面出现的需要有一个初始值，另一种变式则不需要有初始值。没有初始值的情况下，reduce 的第一步使用 Stream 中的前两个元素。有时，reduce 操作不存在有意义的初始值，这样做就是有意义的，此时，reduce 方法返回一个 Optional 对象。

Optional 是为核心类库新设计的一个数据类型，用来替换 null 值。人们对原有的 null 值有很多抱怨。人们常常使用 null 值表示值不存在，Optional 对象能更好地表达这个概念。使用 null 代表值不存在的最大问题在于 NullPointerException。一旦引用一个存储 null 值的变量，程序会立即崩溃。使用 Optional 对象有两个目的：首先，Optional 对象鼓励程序员适时检查变量是否为空，以避免代码缺陷；其次，它将一个类的 API 中可能为空的值文档化，这比阅读实现代码要简单很多。

下面我们举例说明 Optional 对象的 API，从而切身体会一下它的使用方法。使用工厂方法 of，可以从某个值创建出一个 Optional 对象。Optional 对象相当于值的容器，而该值可以通过 get 方法提取。

Optional<String> a = Optional.of("a");

assertEquals("a", a.get());

Optional 对象也可能为空，因此还有一个对应的工厂方法 empty，另外一个工厂方法 ofNullable 则可将一个空值转换成 Optional 对象。下面的代码同时展示了第三个方法 isPresent 的用法（该方法表示一个 Optional 对象里是否有值）。

Optional emptyOptional = Optional.empty();

Optional alsoEmpty = Optional.ofNullable(null); assertFalse(emptyOptional.isPresent());

使用 Optional 对象的方式之一是在调用 get() 方法前，先使用 isPresent 检查 Optional 对象是否有值。使用 orElse 方法则更简洁，当 Optional 对象为空时，该方法提供了一个备选值。如果计算备选值在计算上太过繁琐，即可使用 orElseGet 方法。该方法接受一个 Supplier 对象，只有在 Optional 对象真正为空时才会调用。

assertEquals("b", emptyOptional.orElse("b"));

assertEquals("c", emptyOptional.orElseGet(() -> "c"));

最后

实践是检验真理的唯一标准，多写代码，多思考，你的代码才会越来越好。