1. 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。
“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
}
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();
}
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();
}
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
函数式接口一般可以作为方法的参数和返回值类型
@FunctionalInterface
public interface MyInterface {
public abstract void method();
}
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
// 传统使用匿名内部类的方式
show(new MyInterface() {
@Override
public void method() {
System.out.println("使用匿名内部类重写接口中抽象方法");
}
});
// 使用 lambda 表达式
show(() -> System.out.println("使用lambda表达式重写接口中抽象方法"));
}
public static void show(MyInterface mi) {
mi.method();
}
}
输出结果:
使用匿名内部类重写接口中抽象方法
使用lambda表达式重写接口中抽象方法
2. 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。
2.1.1 性能浪费的日志案例
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);
}
}
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。
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。
2.1.2 体验Lambda的更优写法
使用Lambda必然需要一个函数式接口:
@FunctionalInterface
public interface MessageBuilder {
String buildMessage();
}
然后对log()
方法进行改造:
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
String msgA = "Hello";
String msgB = "World";
String msgC = "Java";
log(1, ()-> msgA + msgB + msgC );
}
private static void log(int level, MessageBuilder builder) {
if (level == 1) {
System.out.println(builder.buildMessage());
}
}
}
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。
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 Demo {
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!"));
}
}
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 Demo {
private static Comparator<String> 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));
}
}
3. 常用函数式接口
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。
下面是最简单的几个接口及使用示例。
3.1 Supplier接口
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。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。
Supplier<T>
接口被称之为生产型接口,指定接口的泛型是什么类型,那么接口中的get()
方法就会产生什么类型的数据,相当于一个对象工厂。
import java.util.function.Supplier;
public class Demo {
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));
}
}
输出结果:
HelloWorld
练习:求数组元素最大值
题目
使用Supplier
接口作为方法参数类型,通过 Lambda 表达式求出int
数组中的最大值。提示:接口的泛型请使用java.lang.Integer
类。
解答
import java.util.function.Supplier;
public class Demo {
//定一个方法,方法的参数传递Supplier,泛型使用Integer
public static int getMax(Supplier<Integer> sup) {
return sup.get();
}
public static void main(String[] args) {
int arr[] = {2, 3, 4, 52, 333, 23};
//调用getMax方法,参数传递Lambda
int maxNum = getMax(() -> {
//计算数组的最大值
int max = arr[0];
for (int i : arr) {
if (i > max) {
max = i;
}
}
return max;
});
System.out.println(maxNum);
}
}
输出结果:
333
3.2 Consumer接口
java.util.function.Consumer<T>
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。
3.2.1 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。
import java.util.function.Consumer;
public class Demo {
private static void consumeString(Consumer<String> function) {
function.accept("Hello");
}
public static void main(String[] args) {
consumeString(s -> System.out.println(s));
}
}
输出结果:
Hello
当然,更好的写法是使用方法引用。
3.2.2 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()
。JDK 源码如下:
default Consumer<T> andThen(Consumer<? super T> after) {
Objects.requireNonNull(after);
return (T t) -> { accept(t); after.accept(t); };
}
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 Demo {
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()));
}
}
输出结果:
HELLO
hello
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<T>
接口。
3.3.1 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:
import java.util.function.Predicate;
public class Demo {
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);
}
}
输出结果:
字符串很长吗:true
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。
3.3.2 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);
}
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 Demo {
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"));
}
}
输出结果:
字符串符合要求吗:false
3.3.3 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);
}
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 Demo {
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"));
}
}
输出结果:
字符串符合要求吗:true
3.3.4 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);
}
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 Demo {
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);
}
}
输出结果:
字符串很长吗:true
3.4 Function接口
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。
3.4.1 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。
使用的场景例如:将String
类型转换为Integer
类型。
import java.util.function.Function;
public class Demo {
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));
}
}
输出结果:
30
当然,最好是通过方法引用的写法。
3.4.2 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));
}
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 Demo {
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);
}
}
输出结果:
220
请注意,
Function
的前置条件泛型和后置条件泛型可以相同。