Java8新特性探索之函数式接口

一、为什么引入函数式接口

作为Java函数式编程爱好者，我们都知道方法引用和 Lambda 表达式都必须被赋值，同时赋值需要类型信息才能使编译器保证类型的正确性。

我们先看一个Lambda代码示例：

x -> x.toString()

我们清楚这里返回类型必须是 String，但 x 是什么类型呢？

Lambda 表达式包含类型推导（编译器会自动推导出类型信息，避免了程序员显式地声明），编译器必须能够以某种方式推导出 x 的类型以生成正确的代码。

同样方法引用也存在此问题，假设你要传递 System.out :: println 到你正在编写的方法，你怎么知道传递给方法的参数的类型？

为了解决上述问题，Java 8 引入了函数式接口，在 java.util.function 包，它包含一组接口，这些接口是 Lambda 表达式和方法引用的目标类型，每个接口只包含一个抽象方法，称为函数式方法。只有确保接口中有且仅有一个抽象方法，Lambda表达式的类型信息才能顺利地进行推导。

二、如何使用函数式接口

在编写接口时，可以使用 @FunctionalInterface 注解强制执行此函数式方法模式：

在接口上使用注解 @FunctionalInterface ，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。
```
@FunctionalInterface
public interface MyFunction {
 /**
  * 自定义的抽象方法
  */
 void run();
}
```

在函数式接口，有且仅有一个抽象方法，Object的public方法除外

@FunctionalInterface
public interface MyFunction {
 
 /**
  * 自定义的抽象方法
  */
 void run();
 
 /**
  * Object的equals方法
  * @param obj
  * @return
  */
 @Override
 boolean equals(Object obj);
 
 /**
  * Object的toString方法
  * @return
  */
 @Override
 String toString();
 
 /**
  * Object的hashCode方法
  * @return
  */
 @Override
 int hashCode();
 
}

在函数式接口中，我们可以使用default修饰符定义默认方法，使用static修饰符定义静态方法

@FunctionalInterface
public interface MyFunction {
 
 /**
  * 自定义的抽象方法
  */
 void run();
 
 /**
  * static修饰符定义静态方法
  */
    static void staticRun() {
        System.out.println("接口中的静态方法");
    }
 
    /**
     * default修饰符定义默认方法
     */
    default void defaultRun() {
        System.out.println("接口中的默认方法");
    }
    
}

为大家演示下自定义无泛型的函数式接口测试实例：

/**
* 自定义的无泛型函数式接口
*/
@FunctionalInterface
public interface MyFunction {
 
 /**
  * 自定义的抽象方法
  * @param x
  */
 void run(Integer x);
 
    /**
     * default修饰符定义默认方法
     * @param x
     */
    default void defaultMethod(Integer x) {
        System.out.println("接口中的默认方法，接收参数是：" + x);
    }
    
}

/**
* 测试类
*/
public class MyFunctionTest {

 @Test
 public void functionTest() {
  test(6, (x) -> System.out.println("接口中的抽象run方法，接收参数是：" + x));
 }
 
 public void test(int n, MyFunction function) {
  System.out.println(n);
  function.defaultMethod(n);
  function.run(n);
 }
 
}

输出结果：

6
接口中的默认方法，接收参数是：6
接口中的抽象run方法，接收参数是：6

为大家演示下自定义有泛型的函数式接口测试实例：

/**
 * 自定义的有泛型函数式接口
 */
@FunctionalInterface
public interface MyFunctionGeneric<T> {

 /**
  * 转换值
  * @param t
  * @return
  */
 T convertValue(T t);
 
}

/**
* 测试类
*/
public class MyFunctionGenericTest {

 @Test
 public void convertValueTest() {
  String result = toLowerCase((x) -> x.toLowerCase(), "ABC");
  System.out.println(result);
 }
 
 public String toLowerCase(MyFunctionGeneric<String> functionGeneric, String value) {
  return functionGeneric.convertValue(value);
 }
 
}

输出结果：

abc

注意：作为参数传递 Lambda 表达式：为了将 Lambda 表达式作为参数传递，接收Lambda 表达式的参数类型必须是与该 Lambda 表达式兼容的函数式接口
的类型。

三、Java8四大内置核心函数式接口

首先总览下四大函数式接口的特点说明：

接口	参数类型	返回类型	方法	说明
Consumer	T	void	void accept(T t)	消费型接口，对类型T参数操作，无返回结果
Supplier	-	T	T get()	供给型接口，创造T类型参数
Function	T	R	R apply（T t）	函数型接口，对类型T参数操作，返回R类型参数
Predicate	T	boolean	boolean test（T t）	断言型接口，对类型T进行条件筛选操作

消费型接口Consumer<T>

java.util.function.Consumer<T> 接口是消费一个数据，其数据类型由泛型决定。

接口源码：

package java.util.function;

import java.util.Objects;

@FunctionalInterface
public interface Consumer<T> {

    void accept(T t);

    default Consumer<T> andThen(Consumer<? super T> after) {
        Objects.requireNonNull(after);
        return (T t) -> { accept(t); after.accept(t); };
    }
}

抽象方法：void accept(T t)，接收并消费一个指定泛型的数据，无需返回结果。
默认方法：default Consumer<T> andThen(Consumer<? super T> after)，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

public class ConsumerTest {

 /**
  * 先计算总分，再计算平均分
  */
 @Test
 public void calculate() {
  Integer[] fraction = new Integer[] { 65, 76, 85, 92, 88, 99 };
  consumer(fraction, x -> System.out.println(Arrays.stream(x).mapToInt(Integer::intValue).sum()),
    y -> System.out.println(Arrays.stream(y).mapToInt(Integer::intValue).average().getAsDouble()));
 }
 
 public void consumer(Integer[] fraction, Consumer<Integer[]> x, Consumer<Integer[]> y) {
  x.andThen(y).accept(fraction);
 }
 
}

输出结果：

505
84.16666666666667

由于Consumer的default方法所带来的嵌套调用（连锁调用），对行为的抽象的函数式编程理念，展示的淋漓尽致。

其他的消费型函数式接口汇总说明：

接口名称	方法名称	方法签名
DoubleConsumer	accept	(double) -> void
IntConsumer	accept	(int) -> void
LongConsumer	accept	(long) -> void
ObjDoubleConsumer	accept	(T, double) -> void
ObjIntConsumer	accept	(T, int) -> void
ObjLongConsumer	accept	(T, long) -> void

供给型接口Supplier<T>

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。

接口源码：

package java.util.function;

@FunctionalInterface
public interface Supplier<T> {
    T get();
}

由于这是一个函数式接口，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。

public class SupplierTest {

 public int getMax(Supplier<Integer> supplier) {
  return supplier.get();
 }
 
 /**
  * 获取数组元素最大值
  */
 @Test
 public void getMaxTest() {
  Integer[] data = new Integer[] { 5, 4, 6, 3, 2, 1 };
  int result = getMax(() -> {
   int max = 0;
   for (int i = 0; i < data.length; i++) {
    max = Math.max(max, data[i]);
   }
   return max;
  });
  System.out.println(result);
 }
 
}

其他的供给型函数式接口汇总说明：

接口名称	方法名称	方法签名
BooleanSupplier	getAsBoolean	() -> boolean
DoubleSupplier	getAsDouble	() -> double
IntSupplier	getAsInt	() -> int
LongSupplier	getAsLong	() -> long

函数型接口Function

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。

接口源码：

package java.util.function;

import java.util.Objects;

@FunctionalInterface
public interface Function<T, R> {

    R apply(T t);

    default <V> Function<V, R> compose(Function<? super V, ? extends T> before) {
        Objects.requireNonNull(before);
        return (V v) -> apply(before.apply(v));
    }

    default <V> Function<T, V> andThen(Function<? super R, ? extends V> after) {
        Objects.requireNonNull(after);
        return (T t) -> after.apply(apply(t));
    }

    static <T> Function<T, T> identity() {
        return t -> t;
    }
}

抽象方法 apply(T t)：该方法接收入参是一个泛型T对象，并返回一个泛型T对象。

默认方法

andThen(Function<? super R, ? extends V> after)：该方法接受一个行为，并将父方法处理过的结果作为参数再处理。

compose(Function<? super V, ? extends T> before)：该方法正好与andThen相反，它是先自己处理然后将结果作为参数传给父方法执行。

@Test
public void andThenAndComposeTest() {
    // 计算公式相同
    Function<Integer, Integer> andThen1 = x -> x + 1;
    Function<Integer, Integer> andThen2 = x -> x * 2;
    Function<Integer, Integer> compose1 = y -> y + 1;
    Function<Integer, Integer> compose2 = y -> y * 2;
    // 注意调用的先后顺序
    // 传入参数2后，先执行andThen1计算，将结果再传入andThen2计算
    System.out.println(andThen1.andThen(andThen2).apply(2));
    // 传入参数2后，先执行compose2计算，将结果再传入compose1计算
    System.out.println(compose1.compose(compose2).apply(2));
}

输出结果：

6
5

静态方法identity()：获取到一个输入参数和返回结果一样的Function实例。

来一个自驾九寨沟的代码示例：

public class FunctionTest {
 
 @Test
 public void findByFunctionTest() {
  Function<BigDecimal, BigDecimal> getMoney = m -> m.add(new BigDecimal(1000));
  BigDecimal totalCost = getMoney.apply(new BigDecimal(500));
  System.out.println("张三的钱包原本只有500元，自驾川西得去银行再取1000元，取钱后张三钱包总共有" +           Function.identity().apply(totalCost) + "元");
  BigDecimal surplus = cost(totalCost, (m) -> {
   System.out.println("第二天出发前发现油不足，加油前有" + m + "元");
   BigDecimal lubricate = m.subtract(new BigDecimal(300));
   System.out.println("加油300后还剩余" + lubricate + "元");
   return lubricate;
  }, (m) -> {
   System.out.println("到达景区门口，买景区票前有" + m + "元");
   BigDecimal tickets = m.subtract(new BigDecimal(290));
   System.out.println("买景区票290后还剩余" + tickets + "元");
   return tickets;
  });
  System.out.println("最后张三返程到家还剩余" + surplus + "元");
 }

 public BigDecimal cost(BigDecimal money, Function<BigDecimal, BigDecimal> lubricateCost,
   Function<BigDecimal, BigDecimal> ticketsCost) {
  Function<BigDecimal, BigDecimal> firstNight = (m) -> {
   System.out.println("第一晚在成都住宿前有" + m + "元");
   BigDecimal first = m.subtract(new BigDecimal(200));
   System.out.println("交完200住宿费还剩余" + first + "元");
   return first;
  };
  Function<BigDecimal, BigDecimal> secondNight = (m) -> {
   System.out.println("第二晚在九寨县住宿前有" + m + "元");
   BigDecimal second = m.subtract(new BigDecimal(200));
   System.out.println("交完200住宿费还剩余" + second + "元");
   return second;
  };
  return lubricateCost.andThen(ticketsCost).andThen(secondNight).compose(firstNight).apply(money);
 }

}

输出结果：

张三的钱包原本只有500元，自驾川西得去银行再取1000元，取钱后张三钱包总共有1500元
第一晚在成都住宿前有1500元
交完200住宿费还剩余1300元
第二天出发前发现油不足，加油前有1300元
加油300后还剩余1000元
到达景区门口，买景区票前有1000元
买景区票290后还剩余710元
第二晚在九寨县住宿前有710元
交完200住宿费还剩余510元
最后张三返程到家还剩余510元

其他的函数型函数式接口汇总说明：

接口名称	方法名称	方法签名
BiFunction	apply	(T, U) -> R
DoubleFunction	apply	(double) -> R
DoubleToIntFunction	applyAsInt	(double) -> int
DoubleToLongFunction	applyAsLong	(double) -> long
IntFunction	apply	(int) -> R
IntToDoubleFunction	applyAsDouble	(int) -> double
IntToLongFunction	applyAsLong	(int) -> long
LongFunction	apply	(long) -> R
LongToDoubleFunction	applyAsDouble	(long) -> double
LongToIntFunction	applyAsInt	(long) -> int
ToDoubleFunction	applyAsDouble	(T) -> double
ToDoubleBiFunction	applyAsDouble	(T, U) -> double
ToIntFunction	applyAsInt	(T) -> int
ToIntBiFunction	applyAsInt	(T, U) -> int
ToLongFunction	applyAsLong	(T) -> long
ToLongBiFunction	applyAsLong	(T, U) -> long

断言型接口Predicate<T>

java.util.function.Predicate<T> 接口中包含一个抽象方法： boolean test(T t) ，用于条件判断的场景。默认方法：and or nagte (取反)。

接口源码：

package java.util.function;

import java.util.Objects;

@FunctionalInterface
public interface Predicate<T> {

    boolean test(T t);

    default Predicate<T> and(Predicate<? super T> other) {
        Objects.requireNonNull(other);
        return (t) -> test(t) && other.test(t);
    }

    default Predicate<T> negate() {
        return (t) -> !test(t);
    }

    default Predicate<T> or(Predicate<? super T> other) {
        Objects.requireNonNull(other);
        return (t) -> test(t) || other.test(t);
    }

    static <T> Predicate<T> isEqual(Object targetRef) {
        return (null == targetRef)
                ? Objects::isNull
                : object -> targetRef.equals(object);
    }
}

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,类始于 Consumer接口 andThen()函数其他三个雷同。

public class PredicateTest {
 /**
  * 查找在渝北的Jack
  */
 @Test
 public void findByPredicateTest() {
  List<User> list = Lists.newArrayList(new User("Johnson", "渝北"), new User("Tom", "渝中"), new User("Jack", "渝北"));
  getNameAndAddress(list, (x) -> x.getAddress().equals("渝北"), (x) -> x.getName().equals("Jack"));
 }
 
 public void getNameAndAddress(List<User> users, Predicate<User> name, Predicate<User> address) {
  users.stream().filter(user -> name.and(address).test(user)).forEach(user -> System.out.println(user.toString()));
 }
}

输出结果：

User [name=Jack, address=渝北]

其他的断言型函数式接口汇总说明：

接口名称	方法名称	方法签名
BiPredicate	test	(T, U) -> boolean
DoublePredicate	test	(double) -> boolean
IntPredicate	test	(int) -> boolean
LongPredicate	test	(long) -> boolean

四、总结

Lambda 表达式和方法引用并没有将 Java 转换成函数式语言，而是提供了对函数式编程的支持。这对 Java 来说是一个巨大的改进，因为这允许你编写更简洁明了，易于理解的代码。