函数式接口

函数式接口

第一章 函数式接口

1.1 概念

函数式接口在Java中是指： 有且仅有一个抽象方法的接口。

函数式接口， 即适用于函数式编程场景的接口。 而Java中的函数式编程体现就是Lambda， 所以函数式接口就是可以适用于Lambda使用的接口。 只有确保接口中有且仅有一个抽象方法， Java中的Lambda才能顺利地进行推导。

注： “语法糖”是指使用更加方便， 但是原理不变的代码语法。 例如在遍历集合时使用的for-each语法， 其实底层的实现原理仍然是迭代器， 这便是“语法糖”。 从应用层面来讲， Java中的Lambda可以被当做是匿名内部类的“语法糖”， 但是二者在原理上是不同的。

1.2 格式

只要确保接口中有且仅有一个抽象方法即可：

修饰符 interface 接口名称 {
public abstract 返回值类型 方法名称(可选参数信息) ;
		// 其他非抽象方法内容
}
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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：

public interface MyFunctionalInterface {
		void myMethod() ;
}
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1.3 @FunctionalInterface注解

与 @Override 注解的作用类似， Java 8中专门为函数式接口引入了一个新的注解： @FunctionalInterface 。 该注解可用于一个接口的定义上：

@FunctionalInterface
public interface MyFunctionalInterface {
		void myMethod() ;
}
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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。 需要注意的是， 即使不使用该注解， 只要满足函数式接口的定义， 这仍然是一个函数式接口， 使用起来都一样。

1.4 自定义函数式接口

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 Demo{
    // 使用自定义的函数式接口作为方法参数
    private static void doSomething(MyFunctionalInterface inter) {
        inter. myMethod() ; // 调用自定义的函数式接口方法
    }
    public static void main(String[ ] args) {
        // 调用使用函数式接口的方法
        doSomething(() -> System. out. println("Lambda执行啦！"));
    }
}
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第二章 函数式编程

2.1 Lambda的延迟执行

有些场景的代码执行后， 结果不一定会被使用， 从而造成性能浪费。 而Lambda表达式是延迟执行的， 这正好可以
作为解决方案， 提升性能。

性能浪费的日志案例

注:日志可以帮助我们快速的定位问题， 记录程序运行过程中的情况， 以便项目的监控和优化。

一种典型的场景就是对参数进行有条件使用， 例如对日 志消息进行拼接后， 在满足条件的情况下进行打印输出：

public class Demo {
    private static void log(int level, String msg) {
        if (level == 1) {
            System. out. println(msg) ;
        }
    }
    public static void main(String[ ] args) {
        String msgA = "Hello";
        String msgB = "World";
        String msgC = "Java";
        log(1, msgA + msgB + msgC) ;
    }
}
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这段代码存在问题： 无论级别是否满足要求， 作为 log 方法的第二个参数， 三个字符串一定会首先被拼接并传入方法内， 然后才会进行级别判断。 如果级别不符合要求， 那么字符串的拼接操作就白做了， 存在性能浪费。

注： SLF4J是应用非常广泛的日 志框架， 它在记录日志时为了解决这种性能浪费的问题， 并不推荐首先进行字符串的拼接， 而是将字符串的若干部分作为可变参数传入方法中， 仅在日 志级别满足要求的情况下才会进行字符串拼接。 例如： LOGGER. debug("变量{}的取值为{}。 ", “os”, “macOS”) ， 其中的大括号 {} 为占位符。 如果满足日 志级别要求， 则会将“os”和“macOS”两个字符串依次拼接到大括号的位置； 否则不会进行字符串拼接。 这也是一种可行解决方案， 但Lambda可以做到更好。

Lambda的更优写法

@FunctionalInterface
public interface MessageBuilder {
	String buildMessage() ;
}
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public class Demo02LoggerLambda {
	private static void log(int level, MessageBuilder builder) {
		if (level == 1) {
		System. out. println(builder. buildMessage() ) ;
		}
     public static void main(String[ ] args) {
		String msgA = "Hello";
		String msgB = "World";
		String msgC = "Java";
	log(1, () -> msgA + msgB + msgC ) ;
	}
}
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这样一来， 只有当级别满足要求的时候， 才会进行三个字符串的拼接； 否则三个字符串将不会进行拼接。

证明Lambda的延迟

public class Demo03LoggerDelay {
    private static void log(int level, MessageBuilder builder) {
        if (level == 1) {
            System. out. println(builder. buildMessage() ) ;
        }
    }
    public static void main(String[ ] args) {
        String msgA = "Hello";
        String msgB = "World";
        String msgC = "Java";
        log(2, () -> {
                System. out. println("Lambda执行！ ") ;
        return msgA + msgB + msgC;
        }) ;
    }
}
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从结果中可以看出， 在不符合级别要求的情况下， Lambda将不会执行。 从而达到节省性能的效果。

注：实际上使用内部类也可以达到同样的效果， 只是将代码操作延迟到了另外一个对象当中通过调用方法来完成。 而是否调用其所在方法是在条件判断之后才执行的。

2.2 使用Lambda作为参数和返回值

如果抛开实现原理不说， Java中的Lambda表达式可以被当作是匿名内部类的替代品。 如果方法的参数是一个函数式接口类型， 那么就可以使用Lambda表达式进行替代。 使用Lambda表达式作为方法参数， 其实就是使用函数式接口作为方法参数。

例如 java. lang. Runnable 接口就是一个函数式接口， 假设有一个 startThread 方法使用该接口作为参数， 那么就可以使用Lambda进行传参。 这种情况其实和 Thread 类的构造方法参数为 Runnable 没有本质区别。

public class Demo04Runnable {
    private static void startThread(Runnable task) {
        new Thread(task) . start() ;
    }
    public static void main(String[ ] args) {
        startThread(() -> System. out. println("线程任务执行！ ") ) ;
    }
}
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类似地， 如果一个方法的返回值类型是一个函数式接口， 那么就可以直接返回一个Lambda表达式。 当需要通过一个方法来获取一个 java. util. Comparator 接口类型的对象作为排序器时,就可以调该方法获取。

import java.util.Arrays;
import java. util. Comparator;
public class Demo06Comparator {
    private static Comparator newComparator() {
        return (a, b) -> b. length() -a. length() ;
    }
    public static void main(String[ ] args) {
        String[ ] array = { "abc", "ab", "abcd" };
        System. out. println(Arrays. toString(array) ) ;
        Arrays. sort(array, newComparator() ) ;
        System. out. println(Arrays. toString(array) ) ;
    }
}
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第三章 常用函数式接口

3.1 Supplier接口

java. util. function. Supplier 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。 由于这是一个函数式接口， 这也就意味着对应的Lambda表达式需要“对外提供”一个符合泛型类型的对象数据。

import java. util. function. Supplier;
public class Demo08Supplier {
    private static String getString(Supplier<String> function) {
        return function. get() ;
    }
    public static void main(String[ ] args) {
        String msgA = "Hello";
        String msgB = "World";
        System. out. println(getString(() -> msgA + msgB) ) ;
    }
}
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3.2 Consumer接口

java. util. function. Consumer 接口则正好与Supplier接口相反， 它不是生产一个数据， 而是消费一个数据，其数据类型由泛型决定。

抽象方法： accept

Consumer 接口中包含抽象方法 void accept(T t) ， 意为消费一个指定泛型的数据。 基本使用如：

import java. util. function. Consumer;
public class Demo09Consumer {
    private static void consumeString(Consumer<String> function) {
        function. accept("Hello") ;
    }
    public static void main(String[ ] args) {
        consumeString(s -> System. out. println(s) ) ;
    }
}
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当然， 更好的写法是使用方法引用。

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 。

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

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：

import java.util.function.Consumer;

public class Demo10ConsumerAndThen {
    private static void consumeString(Consumer<String> one, Consumer<String> two) {
        one. andThen(two) . accept("Hello") ;
    }
    public static void main(String[ ] args) {
        consumeString(
                s -> System. out. println(s. toUpperCase() ) ,
                s -> System. out. println(s. toLowerCase() ) ) ;
    }
}
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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。 当然， 通过链式写法可以实现更多步骤的组合。

3.3 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。

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：

import java. util. function. Predicate;
public class Demo15PredicateTest {
    private static void method(Predicate<String> predicate) {
        boolean veryLong = predicate. test("HelloWorld") ;
        System. out. println("字符串很长吗： " + veryLong) ;
    }
    public static void main(String[ ] args) {
        method(s -> s. length() > 5) ;
    }
}
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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。

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) ;
}
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如果要判断一个字符串既要包含大写“H”， 又要包含大写“W”， 那么：

import java.util.function.Predicate;

public class Demo16PredicateAnd {
    private static void method(Predicate<String> one, Predicate<String> two) {
        boolean isValid = one. and(two) . test("Helloworld") ;
        System. out. println("字符串符合要求吗： " + isValid) ;
    }
    public static void main(String[ ] args) {
        method(s -> s. contains("H") , s -> s. contains("W") ) ;
    }
}

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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 or(Predicate other) {
        Objects. requireNonNull(other) ;
        return (t) -> test(t) | | other. test(t) ;
}
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如果希望实现逻辑“字符串包含大写H或者包含大写W”， 那么代码只需要将“and”修改为“or”名称即可， 其他都不变：

import java. util. function. Predicate;
public class Demo16PredicateAnd {
    private static void method(Predicate<String> one, Predicate<String> two) {
        boolean isValid = one. or(two) . test("Helloworld") ;
        System. out. println("字符串符合要求吗： " + isValid) ;
    }
    public static void main(String[ ] args) {
        method(s -> s. contains("H") , s -> s. contains("W") ) ;
    }
}
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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) ;
}
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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 Demo17PredicateNegate {
    private static void method(Predicate<String> predicate) {
        boolean veryLong = predicate. negate() . test("HelloWorld") ;
        System. out. println("字符串很长吗： " + veryLong) ;
    }
    public static void main(String[ ] args) {
        method(s -> s. length() < 5) ;
    }
}
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3.4 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。
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。使用的场景例如： 将 String 类型转换为 Integer 类型。

import java. util. function. Function;
public class Demo11FunctionApply {
    private static void method(Function<String, Integer> function) {
        int num = function. apply("10") ;
        System. out. println(num + 20) ;
    }
    public static void main(String[ ] args) {
        method(s -> Integer. parseInt(s) ) ;
    }
}
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当然， 最好是通过方法引用的写法。

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) ) ;
}
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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：

import java.util.function.Function;
public class Demo12FunctionAndThen {
    private static void method(Function<String, Integer> one, Function<Integer, Integer> two) {
        int num = one. andThen(two) . apply("10") ;
        System. out. println(num + 20) ;
    }
    public static void main(String[ ] args) {
        method(str->Integer. parseInt(str) +10, i ‐> i *= 10) ;
    }
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请注意， Function的前置条件泛型和后置条件泛型可以相同。