關於Java8函數式編程你須要瞭解的幾點

函數式編程與面向對象的設計方法在思路和手段上都各有千秋，在這裏，我將簡要介紹一下函數式編程與面向對象相比的一些特色和差別。

1. 函數做爲一等公民

在理解函數做爲一等公民這句話時，讓咱們先來看一下一種很是經常使用的互聯網語言JavaScript，相信你們對它都不會陌生。JavaScript並非嚴格意義上的函數式編程，不過，它也不是屬於嚴格的面向對象。可是，若是你願意，你既能夠把它當作面嚮對象語言，也能夠把它當作函數式語言，所以，稱之爲多範式語言，可能更加合適。

若是你使用jQuery，你可能會常用以下的代碼： 

$("button").click(function(){  
  $("li").each(function(){  
    alert($(this).text())  
   });  
 });  

注意這裏each()函數的參數，這是一個匿名函數，在遍歷全部的li節點時，會彈出li節點的文本內容。將函數做爲參數傳遞給另一個函數，這是函數式編程的特性之一。

 

再來考察另一個案例：

function f1(){  
　　　　var n=1;  
　　　　function f2(){  
　　　　　　alert(n);  
　　　　}  
　　　　return f2;  
　　}  
var result=f1();  
result(); // 1  

 這也是一段JavaScript代碼，在這段代碼中，注意函數f1的返回值，它返回了函數f2。在倒數第2行，返回的f2函數並賦值給result，實際上，此時的result就是一個函數，而且指向f2。對result的調用，就會打印n的值。

函數能夠做爲另一個函數的返回值，也是函數式編程的重要特色。

2.無反作用

函數的反作用指的是函數在調用過程當中，除了給出了返回值外，還修改了函數外部的狀態，好比，函數在調用過程當中，修改了某一個全局狀態。函數式編程認爲，函數的副用做應該被儘可能避免。能夠想象，若是一個函數肆意修改全局或者外部狀態，當系統出現問題時，咱們可能很難判斷到底是哪一個函數引發的問題。這對於程序的調試和跟蹤是沒有好處的。若是函數都是顯式函數，那麼函數的執行顯然不會受到外部或者全局信息的影響，所以，對於調試和排錯是有益的。

注意：顯式函數指函數與外界交換數據的惟一渠道就是參數和返回值，顯式函數不會去讀取或者修改函數的外部狀態。與之相對的是隱式函數，隱式函數除了參數和返回值外，還會讀取外部信息，或者可能修改外部信息。

然而，徹底的無反作用實際上作不到的。由於系統老是須要獲取或者修改外部信息的。同時，模塊之間的交互也極有多是經過共享變量進行的。若是徹底禁止反作用的出現，也是一件讓人很不愉快的事情。所以，大部分函數式編程語言，如Clojure等，都容許反作用的存在。可是與面向對象相比，這種函數調用的反作用，在函數式編程裏，須要進行有效的限制。

申明式的（Declarative）

函數式編程是申明式的編程方式。相對於命令式（imperative）而言，命令式的程序設計喜歡大量使用可變對象和指令。咱們老是習慣於建立對象或者變量，而且修改它們的狀態或者值，或者喜歡提供一系列指令，要求程序執行。這種編程習慣在申明式的函數式編程中有所變化。對於申明式的編程範式，你不在須要提供明確的指令操做，全部的細節指令將會更好的被程序庫所封裝，你要作的只是提出你要的要求，申明你的用意便可。

請看下面一段程序，這一段傳統的命令式編程，爲了打印數組中的值，咱們須要進行一個循環，而且每次須要判斷循環是否結束。在循環體內，咱們要明確地給出須要執行的語句和參數。

 

public static void imperative(){  
         int[]iArr={1,3,4,5,6,9,8,7,4,2};  
         for(int i=0;i<iArr.length;i++){  
                   System.out.println(iArr[i]);  
         }  
}  

與之對應的申明式代碼以下： 

public static void declarative(){  
         int[]iArr={1,3,4,5,6,9,8,7,4,2};  
         Arrays.stream(iArr).forEach(System.out::println);  
}  

能夠看到，變量數組的循環體竟然消失了！println()函數彷佛在這裏也沒有指定任何參數，在此，咱們只是簡單的申明瞭咱們的用意。有關循環以及判斷循環是否結束等操做都被簡單地封裝在程序庫中。

3.尾遞歸優化

遞歸是一種經常使用的編程技巧。使用遞歸一般能夠簡化程序編碼，大幅減小代碼行數。可是遞歸有一個很大的弊病——它老是使用棧空間。可是，程序的棧空間是很是有限的，與堆空間相比，可能相差幾個數量級（棧空間大小一般只有幾百K，而堆空間則一般達到幾百M甚至上百G）。所以，大規模的遞歸操做有可能發生棧空間溢出錯誤，這也限制了遞歸函數的使用，並給系統帶來了必定的風險。

而尾遞歸優化能夠有效地避免這種情況。尾遞歸指遞歸操做處於函數的最後一步。在這種狀況下，該函數的工做其實已經完成（剩餘的工做就是再次調用它本身），此時，只須要簡單得將中間結果傳遞給後繼調用的遞歸函數便可。此時，編譯器就能夠進行一種優化，使當前的函數調用返回，或者用新函數的幀棧覆蓋老函數的幀棧。總之，當遞歸處於函數操做的最後一步時，咱們老是能夠千方百計避免遞歸操做不斷申請棧空間。

大部分函數式編程語言直接或者間接支持尾遞歸優化。

4.不變模式

若是讀者熟悉多線程程序設計，那麼必定對不變模式有全部瞭解。所謂不變，是指對象在建立後，就再也不發生變化。好比，java.lang.String就是不變模式的典型。若是你在Java中建立了一個String實例，不管如何，你都不可能改變整個String的值。好比，當你使用String.replace()函數試圖進行字符串替換時，實際上，原有的字符串對象並不會發生變化，函數自己會返回一個新的String對象，做爲給定字符替換後的返回值。不變的對象在函數式編程中被大量使用。

請看如下代碼：

static int[] arr={1,3,4,5,6,7,8,9,10};  
Arrays.stream(arr).map((x)->x=x+1).forEach(System.out::println);  
System.out.println();  
Arrays.stream(arr).forEach(System.out::println);  
 

代碼第2行看似對每個數組成員執行了加1的操做。可是在操做完成後，在最後一行，打印arr數組全部的成員值時，你仍是會發現，數組成員並無變化！在使用函數式編程時，這種狀態是一種常態，幾乎全部的對象都拒絕被修改。

5.易於並行

因爲對象都處於不變的狀態，所以函數式編程更加易於並行。實際上，你甚至徹底不用擔憂線程安全的問題。咱們之因此要關注線程安全，一個很大的緣由是當多個線程對同一個對象進行寫操做時，容易將這個對象「寫壞」，更專業的說法是「使得對象狀態不一致」。可是，因爲不變模式的存在，對象自建立以來，就不可能發生改變，所以，在多線程環境下，也就沒有必要進行任何同步操做。這樣不只有利於並行化，同時，在並行化後，因爲沒有同步和鎖機制，其性能也會比較好。讀者能夠關注一下java.lang.String對象。很顯然，String對象能夠在多線程中很好的工做，可是，它的每個方法都沒有進行同步處理。

6.更少的代碼

一般狀況下，函數式編程更加簡明扼要，Clojure語言（一種運行於JVM的函數式語言）的愛好者就宣稱，使用Clojure能夠將Java代碼行數減小到原有的十分之一。通常說來，精簡的代碼更易於維護。而Java代碼的冗餘性也是出了名的，大部分對於Java語言的攻擊都會直接針對Java繁瑣，並且死板的語法（但我認爲這也是Java的優勢之一，正如本書第一段提到的「保守的設計思想是Java最大的優點」），然而，引入函數式編程範式後，這種狀況發生了改變。咱們可讓Java用更少的代碼完成更多的工做。

請看下面這個例子，對於數組中每個成員，首先判斷是不是奇數，若是是奇數，則執行加1，並最終打印數組內全部成員。

數組定義：

static int[] arr={1,3,4,5,6,7,8,9,10};
傳統的處理方式：
for(int i=0;i<arr.length;i++){
         if(arr[i]%2!=0){
                   arr[i]++;
         }
         System.out.println(arr[i]);
}

 

使用函數式方式：

Arrays.stream(arr).map(x->(x%2==0?x:x+1)).forEach(System.out::println);

能夠看到，函數式範式更加緊湊並且簡潔。

 感興趣的朋友能夠看看這本電子書《Java8函數式編程入門》