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Java教程：一文详解函数式编程
看懂了这篇-你就懂了函数式接口
函数式编程是一种编程规范或一种编程思想，简单可以理解问将运算或实现过程看做是函数的计算。 Java8为了实现函数式编程，提出了3个重要的概念：Lambda表达式、方法引用、函数式接口。现在很多公司都在使用lambda表达式进行代码编写，甚至知名的Java的插件也都在Lambda，比如数据库插件MybatisPlus。Lambda表达式的使用是需要函数式接口的支持，即lambda表达式的核心就是使用大量的函数式接口。本文带领大家全面了解函数式接口的定义和使用。
一、文章导读
- 函数式接口概述
- 自定义函数式接口
- 常用函数式接口
- 函数式接口的练习
二、函数式接口概述
1.函数式接口定义
如果接口里只有一个抽象方法，那么就是函数式接口，可以使用注解(@FunctionalInterface)检测该接口是否是函数式接口，即只能有一个抽象方法。
注意事项
函数式接口里可以定义默认方法：默认方法有方法体,不是抽象方法,符合函数式接口的定义要求。 函数式接口里可以定义静态方法：静态方法也不是抽象方法,是一个有具体方法实现的方法,同样也符合函数式接口的定义的。 函数式接口里可以定义Object里的public方法(改成抽象方法)：虽然它们是抽象方法,却不需要覆盖重写,因为所有接口的实现类都是Object类的子类,而在Object类中有这些方法的具体的实现。- 1
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2.函数式接口格式
修饰符 interface 接口名称 { //抽象方法 public abstract 返回值类型 方法名称(可选参数信息); //默认方法 public default 返回值类型 方法名称(可选参数信息) { //代码... } //静态方法 public static 返回值类型 方法名称(可选参数信息) { //代码... } //Object类的public方法变成抽象方法 public abstract boolean equals(Object obj); public abstract String toString(); }- 1
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三、自定义函数式接口
1.自定义函数式接口举例
由于接口当中抽象方法的
public abstract是可以省略的，所以定义一个函数式接口很简单：@FunctionalInterface public interface MyFunctionalInterface { //抽象方法 public abstract void method(); //Object类的public方法变成抽象方法 public abstract boolean equals(Object obj); public abstract String toString(); //默认方法 public default void show(String s) { //打印小写 System.out.println(s.toLowerCase()); } //静态方法 public static void print(String s) { //打印大写 System.out.println(s.toUpperCase()); } }- 1
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2.自定义函数式接口的应用
对于刚刚定义好的
MyFunctionalInterface函数式接口，典型使用场景就是作为方法的参数：public class Demo01FunctionalInterface { public static void main(String[] args) { // 调用使用函数式接口的方法 show(()->{ System.out.println("Lambda执行了"); }); } //定义方法使用函数式接口作为参数 public static void show(MyFunctionalInterface mfi) { //调用自己定义的函数式接口 mfi.method(); String s = mfi.toString(); System.out.println(s); boolean result = mfi.equals(mfi); System.out.println(result); mfi.show("world"); MyFunctionalInterface.print("function"); } }- 1
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3.运行结果:
Lambda执行了 Demo01FunctionalInterface$$Lambda$1/1078694789@3d075dc0 true world FUNCTION- 1
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四、常用函数式接口
前面我们自己定义了一个函数式接口,对于一些常用的函数式接口,每次自己定义非常麻烦。JDK提供了大量常用的函数式接口以丰富Lambda的典型使用场景，它们主要在`java.util.function`包中被提供。这样的接口有很多，下面是最简单的几个接口及使用示例。- 1
1. Supplier接口
java.util.function.Supplier接口，它意味着"供给" , 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。1.1.抽象方法 : get
Supplier`接口中包含一个抽象方法` T get(): 用来获取一个泛型参数指定类型的对象数据。- 1
public class Demo02Supplier { public static void main(String[] args) { int num = getNum(() -> { return new Random().nextInt(); }); System.out.println(num); } public static int getNum(Supplier<Integer> supplier) { int num = supplier.get(); return num; } }- 1
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1.2.求集合元素最大值
使用
Supplier接口作为方法参数类型，通过Lambda表达式求出List集合(存储int数据)中的最大值。提示：接口的泛型请使用java.lang.Integer类。代码示例:
public class Demo03Supplier { public static void main(String[] args) { List<Integer> list = new ArrayList<>(); Collections.addAll(list,10,8,20,3,5); printMax(()->{ return Collections.max(list); }); } private static void printMax(Supplier<Integer> supplier) { int max = supplier.get(); System.out.println(max); } }- 1
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2. Consumer接口
java.util.function.Consumer接口则正好相反，它不是生产一个数据，而是消费一个数据，其数据类型由泛型参数决定。2.1.抽象方法：accept
Consumer接口中包含抽象方法void accept(T t): 消费一个指定泛型的数据。代码示例:
import java.util.function.Consumer; //接收一个输入参数x,把x的值扩大2倍后,再+3做输出 //类似于数学中的函数: f(x) = 2*x + 3 public class Demo04Consumer { public static void main(String[] args) { int x = 3; consumeIntNum(x,(Integer num)->{ System.out.println(2*num+3); }); } /* 定义方法,使用函数式接口Consumer作为方法参数 */ private static void consumeIntNum(int num,Consumer<Integer> function ) { function.accept(num); } }- 1
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2.2.默认方法：andThen
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：消费一个数据的时候，首先做一个操作，然后再做一个操作，实现组合。而这个方法就是Consumer接口中的default方法andThen。下面是JDK的源代码：default Consumer<T> andThen(Consumer<? super T> after) { Objects.requireNonNull(after); return (T t) -> { accept(t); after.accept(t); }; }- 1
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备注：
java.util.Objects的requireNonNull静态方法将会在参数为null时主动抛出NullPointerException异常。这省去了重复编写if语句和抛出空指针异常的麻烦。
andThen是默认方法,由Consumer的对象调用,而且参数和返回值都是Consumer对象要想实现组合，需要两个或多个Lambda表达式即可，而
andThen的语义正是“一步接一步”操作。例如两个步骤组合的情况：代码示例:
//接收一个字符串,先按照大写打印,再按照小写打印 /* toUpperCase(): 把字符串变成大写 toLowerCase(): 把字符串变成小写 */ public class Demo05Consumer { public static void main(String[] args) { String s = "Hello"; //lambda标准格式 fun(s, (String str) -> { System.out.println(s.toUpperCase()); }, (String str) -> { System.out.println(s.toLowerCase()); }); } /* 定义方法,参数是Consumer接口 因为要消费两次,所以需要两个Consumer接口作为参数 */ public static void fun(String s, Consumer<String> con1, Consumer<String> con2) { //先消费一次 con1.accept(s); //再消费一次 con2.accept(s); } }- 1
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运行结果将会首先打印完全大写的HELLO，然后打印完全小写的hello。但是我们却没有使用andThen方法,其实我上面的写法,就是andThen底层的代码实现。
为了方便大家理解,下面我们使用andThen方法进行演示。
public class Demo06Consumer { public static void main(String[] args) { String s = "HelloWorld"; //2.lambda标准格式 fun(s, (String str) -> { System.out.println(s.toUpperCase()); }, (String str) -> { System.out.println(s.toLowerCase()); }); } /* 定义方法,参数是Consumer接口 因为要消费两次,所以需要两个Consumer接口作为参数 */ public static void fun(String s, Consumer<String> con1, Consumer<String> con2) { con1.andThen(con2).accept(s); } }- 1
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运行结果将会首先打印完全大写的HELLO，然后打印完全小写的hello。
andThen原理分析图解：
注意: 1.con1调用andThen方法,传递参数con2,所以anThen方法内部的this就是con1,after就是con2 2.andThen方法内部调用accept方法,前面隐藏了一个this,this代表调用andThen方法的对象,就是con1 3.andThen方法内部的t是谁?就是最后调用方法accept传递的s this.accept(t) <==> con1.accept(s) ① 4.con1调用andThen方法时传递的参数是con2,所以andThen方法内部的after就是con2 after.accept(t) <==> con2.accept(s) ② 5.通过分析,我们发现①和②中的内容,就是之前不用andThen方法,自己进行调用的过程 6.以上分析,仍然是按照面向对象中方法调用的思路展开的,但实质上,我们要注意,Consumer接口中的andThen方法,返回的是一个Consumer,里面采用的是lambda表达式,其实是在做函数模型的拼接,把两个函数模型con1和con2拼接出一个新的模型,返回新的模型。所以con1.andThen(con2)是把con1和con2拼接成一个新的Consumer,返回的是lambda表达式的形式 最后调用accept(s)方法时,其实执行的是lambda表达式{}中的代码- 1
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3. Function接口
java.util.function.Function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。有进有出，所以称为“函数Function”。3.1.抽象方法：apply
Function接口中最主要的抽象方法为：R apply(T t)，根据类型T的参数获取类型R的结果。代码示例:
将
String类型转换为Integer类型。/* java.util.function.Function- 1
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3.2.默认方法：andThen
Function接口中有一个默认的andThen方法，用来进行组合操作。JDK源代码如：default <V> Function<T, V> andThen(Function<? super R, ? extends V> after) { Objects.requireNonNull(after); return (T t) -> after.apply(apply(t)); }- 1
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该方法同样用于“先做什么，再做什么”的场景，和
Consumer中的andThen差不多：代码示例:
将String的数字,转成int数字,再把int数字扩大10倍
/* java.util.function.FunctionFunction - 1
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第一个操作是将字符串解析成为int数字，第二个操作是乘以10。两个操作通过
andThen按照前后顺序组合到了一起。运行结果将会打印1230。但是我们却没有使用andThen方法,其实我上面的写法,就是andThen底层的代码实现。请注意，Function的前置条件泛型和后置条件泛型可以相同。
为了方便大家理解,下面我们使用andThen方法进行演示
public class Demo09Function { public static void main(String[] args) { String s = "123"; //lambda标准格式 fun(s,(String str)->{ return Integer.parseInt(str); },(Integer num) -> { return num*10; }); } /* 定义一个方法,有两个Function接口作为参数 */ public static void fun(String s,Function- 1
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运行结果仍然是1230。
andThen原理分析图解：
注意: 1.fun1调用andThen方法传递参数fun2,所以andThen方法内部的this就是fun1,after就是fun2 2.andThen方法内部直接调用apply方法,前面隐藏了一个this,this代表调用andThen方法的对象,就是fun1 3.andThen方法内部的t是谁?就是最后调用方法apply传递的s this.apply(t) <==> Integer num1 = fun1.apply(s) ① 4.fun1调用andThen方法时传递的参数是fun2,所以andThen方法内部的after就是fun2 after.apply(this.apply(t)) <==> Integer num2 = fun2.apply(num1) ② 5.通过分析,我们发现①和②中的内容,就是之前不用andThen方法,我们自己进行调用的过程 6.以上分析,仍然是按照面向对象中方法调用的思路展开的,但实质上,我们要注意,Function接口中的andThen方法,返回的是一个Function,里面采用的是lambda表达式,其实是在做函数模型的拼接,把两个函数模型fun1和fun2拼接出一个新的模型,返回新的模型。所以fun1.andThen(fun2)是把fun1和fun2拼接成一个新的Function,返回的是lambda表达式的形式 最后调用accept(s)方法时,其实执行的是lambda表达式{}中的代码- 1
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4. Predicate接口
有时候我们需要对某种类型的数据进行判断，从而得到一个boolean值结果。这时可以使用
java.util.function.Predicate接口。4.1.抽象方法：test
Predicate接口中包含一个抽象方法：boolean test(T t)。用于条件判断的场景：//1.练习:判断字符串长度是否大于5 //2.练习:判断字符串是否包含"H" public class Demo10Predicate { public static void main(String[] args) { String str = "helloWorld"; //1.练习:判断字符串长度是否大于5 //lambda标准格式 fun(str,(String s)->{return s.length()>5;}); System.out.println("-----------------"); //2.练习:判断字符串是否包含"H" //lambda标准格式 fun(str,(String s)->{return s.contains("H");}); } /* 定义一个方法,参数是Predicate接口 */ public static void fun(String s,Predicate<String>predicate) { boolean result = predicate.test(s); System.out.println(result); } }- 1
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条件判断的标准是传入的Lambda表达式逻辑，只要字符串长度大于5则认为很长。
4.2.默认方法：and
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，可以使用default方法and。其JDK源码为：default Predicate<T> and(Predicate<? super T> other) { Objects.requireNonNull(other); return (t) -> test(t) && other.test(t); }- 1
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代码示例:
判断一个字符串既要包含大写“H”，又要包含大写“W”
public class Demo11Predicate { public static void main(String[] args) { String str = "HelloWorld"; //1.练习:判断一个字符串既要包含大写“H”，又要包含大写“W” //lambda标准格式 fun1(str,(String s)->{return s.contains("H");},(String s)->{return s.contains("W");}); System.out.println("------------"); fun2(str,(String s)->{return s.contains("H");},(String s)->{return s.contains("W");}); } /* 演示and方法 需要两个Predicate作为参数 fun1方法没有使用and方法,就是p1和p2分别调用test方法, 然后把结果进行&&运算--其实这是and方法的底层实现 */ public static void fun(String s,Predicate<String> p1,Predicate<String> p2) { //先判断一次 boolean result1 = p1.test(s); //再判断一次 boolean result2 = p2.test(s); //进行&&运算 boolean result = result1&&result2; System.out.println(result); } /* 演示and方法 需要两个Predicate作为参数 */ public static void fun2(String s,Predicate<String> p1,Predicate<String> p2) { boolean result = p1.and(p2).test(s); System.out.println(result); } }- 1
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4.3.默认方法：or
与
and的“与”类似，默认方法or实现逻辑关系中的“或”。JDK源码为：default Predicate<T> or(Predicate<? super T> other) { Objects.requireNonNull(other); return (t) -> test(t) || other.test(t); }- 1
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代码示例:
字符串包含大写H或者包含大写W”
public class Demo12Predicate { public static void main(String[] args) { String str = "Helloworld"; //1.练习:判断一个字符串包含大写“H”或者包含大写“W” //lambda标准格式 fun1(str,(String s)->{return s.contains("H");},(String s)->{return s.contains("W");}); System.out.println("------------"); fun2(str,(String s)->{return s.contains("H");},(String s)->{return s.contains("W");}); } /* 演示or方法 需要两个Predicate作为参数 fun1方法没有使用or方法,就是p1和p2分别调用test方法, 然后把结果进行||运算--其实这是or方法的底层实现 */ public static void fun(String s,Predicate<String> p1,Predicate<String> p2) { //先判断一次 boolean result1 = p1.test(s); //再判断一次 boolean result2 = p2.test(s); //进行||运算 boolean result = result1||result2; System.out.println(result); } /* 演示or方法 需要两个Predicate作为参数 */ public static void fun2(String s,Predicate<String> p1,Predicate<String> p2) { boolean result = p1.or(p2).test(s); System.out.println(result); } }- 1
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关于and和or方法的原理,可以参考andThen方法原理
4.4.默认方法：negate
“与”、“或”已经了解了，剩下的“非”（取反）也会简单。默认方法
negate的JDK源代码为：default Predicate<T> negate() { return (t) -> !test(t); }- 1
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从实现中很容易看出，它是执行了test方法之后，对结果boolean值进行“!”取反而已。一定要在
test方法调用之前调用negate方法，正如and和or方法一样：import java.util.function.Predicate; public class Demo13Predicate { private static void method(Predicate<String> predicate,String str) { boolean veryLong = predicate.negate().test(str); System.out.println("字符串很长吗：" + veryLong); } public static void main(String[] args) { method(s -> s.length() < 5, "Helloworld"); } }- 1
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五、总结
本文通过具体的例子，演示了函数式接口的定义和使用。以及常用的函数式接口。并给出了相关的练习题目。对于部分函数式接口中的默认方法，进行了图解分析，让你更加深刻的理解函数式接口的思想和目的。在以后实际的编程过程中，对于集合的操作,可以通过Stream流完成,而Stream流中的很多方法的参数都是函数式接口,通过本文的学习,你已经掌握了函数式接口的使用,相信后面学习Stream流是非常容易的。
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