重識Java8函數式編程

前言

最近真的是太忙忙忙忙忙了，好久沒有更新文章了。最近工做中看到了幾段關於函數式編程的代碼，可是有點費解，因而就準備總結一下函數式編程。不少東西很簡單，可是若是不總結，可能會被它的各類變體所困擾。接觸Lambda表達式已經好久了，可是也一直是處於照葫蘆畫瓢的階段，因此想本身去編寫相關代碼，也有些捉襟見肘。

1. Lambda表達式的不一樣形式

// 基本形式
參數 -> 主體

1.1 形式一

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

該形式的Lambda表達式不包含參數，使用空括號()表示沒有參數。它實現了Runnable接口，該接口也只有一個run方法，沒有桉樹，且返回類型爲void。

1.2 形式二

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

該形式的Lambda表達式包含且只包含一個參數，可省略參數的符號。

1.3 形式三

Runnable multiStatement = () -> {
	System.out.print("Hello"); 
    System.out.println(" World"); 
};

Lambda表達式的主體不只可使一個表達式，並且也能夠是一段代碼塊，使用大括號{}將代碼塊括起來。該代碼塊和普通方法遵循的規則別無二致，能夠用返回或拋出異常來退出。只有以行代碼的Lambda表達式也可使用大括號，用以明確Lambda表達式從何處開始，到哪裏結束。

1.4 形式四

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

Lambda表達式也能夠表示包含多個參數的方法，上面的Lambda表達式並非將兩個數字相加，而是建立了一個函數，用來計算兩個數字相加的結果。變量add的類型時BinaryOperator ，它不是兩個數字的和，而是將兩個數字相加的那行代碼。

1.5 形式五

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

到目前爲止，全部Lambda表達式中的參數類型都是由編譯器推斷得出的。但有時最好也能夠顯示聲明參數類型，此時就須要使用小括號將參數括起來，多個參數的狀況也是如此。

2. 引用值，而不是變量

若是你曾使用過匿名內部類，也許遇到過這樣的狀況：須要引用它所在方法裏的變量。這是，須要將變量聲明爲final。

final String name = getUserName(); 
button.addActionListener(new ActionListener() {
	public void actionPerformed(ActionEvent event) { 
        System.out.println("hi " + name); 
    } 
});

將變量聲明爲 final，意味着不能爲其重複賦 值。同時也意味着在使用 final 變量時，其實是在使用賦給該變量的一個特定的值。

Java 8 雖然放鬆了這一限制，能夠引用非 final 變量，可是該變量在既成事實上必須是 final(意思就是你不能再次對該變量賦值)。雖然無需將變量聲明爲 final，但在 Lambda 表達式中，也沒法用做非終態變量。如 果堅持用做非終態變量，編譯器就會報錯。 既成事實上的 final 是指只能給該變量賦值一次。換句話說，Lambda 表達式引用的是值， 而不是變量。

例如：

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

3. 函數接口

在 Java 裏，全部方法參數都有固定的類型。假設將數字 3 做爲參數傳給一個方法，則參數 的類型是 int。那麼，Lambda 表達式的類型又是什麼呢？

使用只有一個方法的接口來表示某特定方法並反覆使用，是很早就有的習慣。使用 Swing 編寫過用戶界面的人對這種方式都不陌生，這裏無需再標新立異，Lambda 表達式也使用一樣的技巧，並將這種接口稱爲函數接口。

接口中單一方法的命名並不重要，只要方法簽名和 Lambda 表達式的類型匹配便可。可在函數接口中爲參數起一個有意義的名字，增長代碼易讀性，便於更透徹 地理解參數的用途。

3.1 Java中重要的函數接口

接口	參數	返回類型	示例
Predicate	T	boolean	判斷是否
Consumer	T	void	輸出一個值
Function<T,R>	T	T	得到對象的名字
Supplier	None	T	工廠方法
UnaryOperator	T	T	邏輯非（!）
BinaryOperator	(T, T)	T	求兩個數的乘積（*）

3.2 函數接口定義

定義函數接口須要使用到註解@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("請問你喜歡什麼編程語言？");
        my.print();
    }
}

說明：

這只是一個很簡單的例子，有人以爲爲何要搞這麼複雜，去定義一個接口？這個問題仍是讀者在平時的工做中去感悟吧，總之，先學會怎麼用它。不至於看了別人寫的代碼都看不懂。

至於我我的的理解，能夠簡單聊聊。之前寫過JavaScript，裏面有一種語法就是將自定義函數B做爲參數傳遞到另一個函數A裏面，在函數A裏面會執行你自定義的函數B邏輯，我當時就很是喜歡這種特性，由於每一個人關於函數B的實現可能不同，亦或者場景不同也會致使函數B的實現不同。我以爲Java8的這個函數式編程就是對這一特性的補充。

4. 流

流的經常使用操做有不少，例如collect(toList())、map、filter、max、min等，下面介紹一下flatMap和reduce。

4.1 flatMap

flatMap 方法可用 Stream 替換值，而後將多個 Stream 鏈接成一個 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);

調用 stream 方法，將每一個列表轉換成 Stream 對象，其他部分由 flatMap 方法處理。 flatMap 方法的相關函數接口和 map 方法的同樣，都是 Function 接口，只是方法的返回值 限定爲 Stream 類型罷了。

4.2 reduce

reduce 操做能夠實現從一組值中生成一個值。對於 count、min 和 max 方 法，由於經常使用而被歸入標準庫中。事實上，這些方法都是 reduce 操做。

如何經過 reduce 操做對 Stream 中的數字求和。以 0 做起點——一個空Stream 的求和結果，每一步都將 Stream 中的元素累加至 accumulator，遍歷至 Stream 中的 最後一個元素時，accumulator 的值就是全部元素的和。

int count = Stream.of(1, 2, 3)
    .reduce(0, (acc, element) -> acc + element); 
assertEquals(6, count);

Lambda 表達式的返回值是最新的 acc，是上一輪 acc 的值和當前元素相加的結果。reducer 的類型是前面已介紹過的 BinaryOperator。

5. Optional

reduce 方法的一個重點還沒有說起：reduce 方法有兩種形式，一種如前面出現的須要有一 個初始值，另外一種變式則不須要有初始值。沒有初始值的狀況下，reduce 的第一步使用 Stream 中的前兩個元素。有時，reduce 操做不存在有意義的初始值，這樣作就是有意義的，此時，reduce 方法返回一個 Optional 對象。

Optional 是爲核心類庫新設計的一個數據類型，用來替換 null 值。人們對原有的 null 值有不少抱怨。人們經常使用 null 值表示值不存在，Optional 對象能更好地表達這個概念。使用 null 代 表值不存在的最大問題在於 NullPointerException。一旦引用一個存儲 null 值的變量，程 序會當即崩潰。使用 Optional 對象有兩個目的：首先，Optional 對象鼓勵程序員適時檢查變量是否爲空，以免代碼缺陷；其次，它將一個類的 API 中可能爲空的值文檔化，這比閱讀實現代碼要簡單不少。

下面咱們舉例說明 Optional 對象的 API，從而切身體會一下它的使用方法。使用工廠方法 of，能夠從某個值建立出一個 Optional 對象。Optional 對象至關於值的容器，而該值能夠 經過 get 方法提取。

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

Optional 對象也可能爲空，所以還有一個對應的工廠方法 empty，另一個工廠方法 ofNullable 則可將一個空值轉換成 Optional 對象。下面的代碼同時展現 了第三個方法 isPresent 的用法（該方法表示一個 Optional 對象裏是否有值）。

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

使用 Optional 對象的方式之一是在調用 get() 方法前，先使用 isPresent 檢查 Optional 對象是否有值。使用 orElse 方法則更簡潔，當 Optional 對象爲空時，該方法提供了一個 備選值。若是計算備選值在計算上太過繁瑣，便可使用 orElseGet 方法。該方法接受一個 Supplier 對象，只有在 Optional 對象真正爲空時纔會調用。

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

最後

實踐是檢驗真理的惟一標準，多寫代碼，多思考，你的代碼纔會愈來愈好。