Java8新特点学习

AI前线

2019-08-08 10:52:49

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什么是函数式编程

函数式编程并不是Java新提出的概念，其与指令编程相比，强调函数的计算比指令的计算更重要；与过程化编程相比，其中函数的计算可以随时调用。

当然，大家应该都知道面向对象的特性（抽象、封装、继承、多态）。其实在Java8出现之前，我们关注的往往是某一类对象应该具有什么样的属性，当然这也是面向对象的核心--对数据进行抽象。

但是java8出现以后，这一点开始出现变化，似乎在某种场景下，更加关注某一类共有的行为（这似乎与之前的接口有些类似），这也就是java8提出函数式编程的目的。如图所示，展示了面向对象编程到面向行为编程的变化。

Java8新引入函数式编程方式，大大的提高了编码效率。

lambda表达式

为什么需要Lambda表达式？首先，不得不提增加Lambda的目的，其实就是为了支持函数式编程，而为了支持Lambda表达式，才有了函数式接口。另外，为了在面对大型数据集合时，为了能够更加高效的开发，编写的代码更加易于维护，更加容易运行在多核CPU上，java在语言层面增加了Lambda表达式。

lambda表达式即匿名函数，它是一段没有函数名的函数体，可以作为参数直接传递给相关调用者。

Lambda 表达式通常使用 (argument) -> (body) 语法书写，例如：

(arg1, arg2...) -> { body }
(type1 arg1, type2 arg2...) -> { body }

举例来说：

(int a, int b) -> {  return a + b; }
() -> System.out.println("Hello World");
(String s) -> { System.out.println(s); }
() -> 42
() -> { return 3.1415 }

Lambda 表达式的结构：

1. 一个 Lambda 表达式可以有零个或多个参数

2. 参数的类型既可以明确声明，也可以根据上下文来推断。例如：(int a)与(a)效果相同

3. 所有参数需包含在圆括号内，参数之间用逗号相隔。例如：(a, b) 或 (int a, int b) 或 (String a, int b, float c)

4. 空圆括号代表参数集为空。例如：() -> 42

5. 当只有一个参数，且其类型可推导时，圆括号（）可省略。例如：a -> return a*a

6. Lambda 表达式的主体可包含零条或多条语句

7. 如果 Lambda 表达式的主体只有一条语句，花括号{}可省略。匿名函数的返回类型与该主体表达式一致

8. 如果 Lambda 表达式的主体包含一条以上语句，则表达式必须包含在花括号{}中（形成代码块）。匿名函数的返回类型与代码块的返回类型一致，若没有返回则为空

函数式接口

关于接口的变动，Java8中新定义了一种接口类型，函数式接口，与其他接口的区别就是：

1. 函数式接口中只能有一个抽象方法（我们在这里不包括与Object的方法重名的方法）；

2. 可以有从Object继承过来的抽象方法，因为所有类的最终父类都是Object；

3. 接口中唯一抽象方法的命名并不重要，因为函数式接口就是对某一行为进行抽象，主要目的就是支持Lambda表达式。

一般通过@FunctionalInterface这个注解来表明某个接口是一个函数式接口,虽然这个注解的使用不是强制性的，但是使用它的好处是让此接口的目的更加明确，同时编译器也会对代码进行检查，来确保被该注解标注的接口的使用没有语法错误。函数式接口是Java支持函数式编程的基础。

Java8函数式编程语法入门

Java8中函数式编程语法能够精简代码。

使用Consumer作为示例，它是一个java中的预先定义的函数式接口，包含一个抽象方法accept，这个方法只有输入而无输出。

@FunctionalInterface //指定为函数式接口
public interface Consumer < T > {

    void accept(T t);
    // 注意函数式接口只能有一个抽象函数，如果多于1个就会报错
//  void accept2(T t); 

    // default是java8另外一个新特性，默认实现函数，所以不是抽象的，不会报错
    // 下面我们再讲一下这个函数
    default Consumer< T > andThen(Consumer< ? super T > after) {
        Objects.requireNonNull(after);
        return (T t) -> { accept(t); after.accept(t); };
    }

}

为什么需要default method？

1. 即使你的API已经发布出去了，你依然可以为接口添加新方法并且无需考虑向后兼容问题。
2. java8 对Lambda的支持必然会影响JDK API的接口，如果直接在接口中添加方法，就会导致所有实现该接口的类或者接口无法通过编译。

现在我们要定义一个Consumer对象，传统的方式是这样定义的：

Consumer c = new Consumer() {
    @Override
    public void accept(Object o) {
        System.out.println(o);
    }
};

而在Java8中，针对函数式编程接口，可以这样定义：

Consumer c = (o) -> {
    System.out.println(o);
};

上面已说明，函数式编程接口都只有一个抽象方法，因此在采用这种写法时，编译器会将这段函数编译后当作该抽象方法的实现。

如果接口有多个抽象方法，编译器就不知道这段函数应该是实现哪个方法的了。

因此，=号后面的函数体我们就可以看成是accept函数的实现。

输入：->前面的部分，即被()包围的部分。此处只有一个输入参数，实际上输入是可以有多个的，如两个参数时写法：(a, b);当然也可以没有输入，此时直接就可以是()。
函数体：->后面的部分，即被{}包围的部分；可以是一段代码。
输出：函数式编程可以没有返回值，也可以有返回值。如果有返回值时，需要代码段的最后一句通过return的方式返回对应的值。

当函数体中只有一个语句时，可以去掉{}进一步简化：

Consumer c = (o) -> System.out.println(o);

然而这还不是最简的，由于此处只是进行打印，调用了System.out中的println静态方法对输入参数直接进行打印，因此可以简化成以下写法：

Consumer c = System.out::println;

它表示的意思就是针对输入的参数将其调用System.out中的静态方法println进行打印。

到这一步就可以感受到函数式编程的强大能力。

通过最后一段代码，我们可以简单的理解函数式编程，Consumer接口直接就可以当成一个函数了，这个函数接收一个输入参数，然后针对这个输入进行处理；当然其本质上仍旧是一个对象，但我们已经省去了诸如老方式中的对象定义过程，直接使用一段代码来给函数式接口对象赋值。

而且最为关键的是，这个函数式对象因为本质上仍旧是一个对象，因此可以做为其它方法的参数或者返回值，可以与原有的代码实现无缝集成！

下面对Java中的几个预先定义的函数式接口及其经常使用的类进行分析学习。

Java函数式接口

Consumer

Consumer是一个函数式编程接口；顾名思义，Consumer的意思就是消费，即针对某个东西我们来使用它，因此它包含有一个有输入而无输出的accept接口方法；

除accept方法，它还包含有andThen这个方法；

其定义如下：

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

可见这个方法就是指定在调用当前Consumer后是否还要调用其它的Consumer；

使用示例：

public static void consumerTest() {
    Consumer f = System.out::println;
    Consumer f2 = n -> System.out.println(n + "-F2");

    //执行完F后再执行F2的Accept方法
    f.andThen(f2).accept("test");

    System.out.println("------------------");
    
    //连续执行F的Accept方法
    f.andThen(f).andThen(f).andThen(f).accept("test1");
}

输出结果：（是不是感觉很绕？）

test
test-F2
------------------
test1
test1
test1
test1

2.2 Function

Function也是一个函数式编程接口；它代表的含义是“函数”，而函数经常是有输入输出的，因此它含有一个apply方法，包含一个输入与一个输出；

除apply方法外，它还有compose与andThen及indentity三个方法，其使用见下述示例；

/**
 * Function测试
 */
public static void functionTest() {
    Functionf = s -> s++;
    Functiong = s -> s * 2;

    /**
     * 下面表示在执行F时，先执行g，并且执行F时使用g的输出当作输入。
     * 相当于以下代码：
     * Integer a = g.apply(2);
     * System.out.println(f.apply(a));
     */
    System.out.println(f.compose(g).apply(2));

    /**
     * 表示执行F的Apply后使用其返回的值当作输入再执行g的Apply；
     * 相当于以下代码
     * Integer a = f.apply(2);
     * System.out.println(g.apply(a));
     */
    System.out.println(f.andThen(g).apply(2));

    /**
     * identity方法会返回一个不进行任何处理的Function，即输出与输入值相等； 
     */
    System.out.println(Function.identity().apply("a"));
}

输出结果：

4
4
a

2.3 Predicate

Predicate为函数式接口，predicate的中文意思是“断定”，即判断的意思，判断某个东西是否满足某种条件；因此它包含test方法，根据输入值来做逻辑判断，其结果为True或者False。

它的使用方法示例如下：

/**
 * Predicate测试
 */
private static void predicateTest() {
    Predicatep = o -> o.equals("test");
    Predicateg = o -> o.startsWith("t");

    /**
     * negate: 用于对原来的Predicate做取反处理；
     * 如当调用p.test("test")为True时，调用p.negate().test("test")就会是False；
     */
    Assert.assertFalse(p.negate().test("test"));

    /**
     * and: 针对同一输入值，多个Predicate均返回True时返回True，否则返回False；
     */
    Assert.assertTrue(p.and(g).test("test"));

    /**
     * or: 针对同一输入值，多个Predicate只要有一个返回True则返回True，否则返回False
     */
    Assert.assertTrue(p.or(g).test("ta"));
}