Java 函數(shù)式編程要點總結(jié)

更新時間：2021年06月18日 11:40:05 作者：知了一笑

函數(shù)式編程并不是Java新提出的概念，其與指令編程相比，強調(diào)函數(shù)的計算比指令的計算更重要；與過程化編程相比，其中函數(shù)的計算可以隨時調(diào)用。Java8新引入函數(shù)式編程方式，大大的提高了編碼效率。本文將對涉及的對象等進行統(tǒng)一的學習及記錄。

一、函數(shù)式概念

函數(shù)式編程是一種結(jié)構(gòu)化編程的范式，主要思想是把運算過程盡量寫成系列嵌套的函數(shù)調(diào)用。函數(shù)編程的概念表述帶有很抽象的感覺，可以基于案例看：

public class Function01 {
    public static void main(String[] args) {
        // 運算：（x+y）* c
        int x1 = 2 ;
        int y1 = 3 ;
        int c1 = 4 ;
        int sum1 = x1 + y1 ;
        int res1 = sum1 * c1 ;
        System.out.println("res1 = "+res1);
    }
}

這里基于過程的方式做計算，上面的代碼塊著重在描述程序執(zhí)行過程。

在看基于函數(shù)的方式解決方法：

public class Function02 {
    public static void main(String[] args) {
        // 函數(shù)式計算
        System.out.println("func01 = "+func01(2,3,4));
    }
    private static int func01 (int x,int y,int c){
        return (x+y)*c;
    }
}

函數(shù)式編程的核心要素：傳入?yún)?shù)，執(zhí)行邏輯，返回值，也可以沒有返回值。

函數(shù)式的編程風格側(cè)重描述程序的執(zhí)行邏輯，不是執(zhí)行過程。

同上面計算過程相比，函數(shù)式編程也減少很多臨時變量的創(chuàng)建，代碼風格也變的簡潔清楚。

二、函數(shù)與方法

在Java語言中有函數(shù)式編程風格，但是Java代碼中沒有函數(shù)的說法，而是稱為：方法；

public class Function03 {
    public static void main(String[] args) {
        Func03 func03 = new Func03();
        func03.add(2);
        System.out.println(func03.res1);
    }
}
class Func03 {
    public int res1 = 0 ;
    public void add (int a1){
        this.res1 = a1 +1 ;
    }
}

類定義引用數(shù)據(jù)類型，類實例化后的對象可以調(diào)用類內(nèi)部的方法和數(shù)據(jù)，這是最直觀的感覺。

但是方法又有靜態(tài)和非靜態(tài)的區(qū)別，靜態(tài)方法屬于類所有，類實例化前即可使用。

非靜態(tài)方法可以訪問類中的任何成員變量和方法，并且必須是類實例化后的對象才可以調(diào)用。

三、JDK函數(shù)基礎

1、Lambda表達式

Lambda表達式也可稱為閉包，是推動Java8發(fā)布的最重要新特性，允許把函數(shù)作為一個方法的參數(shù)（函數(shù)作為參數(shù)傳遞進方法中）。

這里就很鮮明的對比Lambda表達式語法和傳統(tǒng)用法。

public class Lambda01 {
    interface LambdaOpera {
        int operation(int a, int b);
    }
    public static void main(String[] args) {
        LambdaOpera lambdaOpera = new LambdaOpera(){
            @Override
            public int operation(int a, int b) {
                return a * b ;
            }
        };
        System.out.println(lambdaOpera.operation(3,2));
        LambdaOpera lambdaOpera01 = (int a, int b) -> a + b;
        LambdaOpera lambdaOpera02 = (int a, int b) -> a - b;
        System.out.println(lambdaOpera01.operation(3,2));
        System.out.println(lambdaOpera02.operation(3,2));
    }
}

在看一個直觀的應用案例，基于Lambda的方式創(chuàng)建線程，可以使代碼變的更加簡潔緊湊:

public class Lambda02 {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 2; i++) {
                    System.out.println(i);
                }
            }
        }).start();
        // 對比 Lambda 方式
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 2; i++) {
                System.out.println(i);
            }
        }).start();
    }
}

在看一下Runnable接口的結(jié)構(gòu)：

FunctionalInterface標記在接口上，表示該接口是函數(shù)式接口，并且該接口只包含一個抽象方法，

@FunctionalInterface
public interface Runnable {
    public abstract void run();
}

Lambda表達式本身可以理解為就是一個接口的實現(xiàn)過程，這里runnable就是完整的Lambda表達式聲明：

public class Lambda04 {
    public static void main(String[] args) {
        Runnable runnable = () -> {
            System.out.println("run one...");
        };
        Thread thread = new Thread(runnable);
        thread.start();
    }
}

Lambda表達式最直觀的作用就是使得代碼變得異常簡潔，并且可以作為參數(shù)傳遞。

2、函數(shù)式接口

Lambda表達式雖然有很多優(yōu)點，但是使用的時候需要定義一些接口用來完成編碼，這樣又使得表達式又變得重量級，Java8自身已經(jīng)提供幾個常見的函數(shù)式接口。

Function：輸入一個參數(shù)，返回一個結(jié)果；
Consumer：輸入一個參數(shù)，不返回結(jié)果；
BiFunction：輸入兩個參數(shù)，返回一個結(jié)果；
BiConsumer：輸入兩個參數(shù)，不返回任何結(jié)果；

public class Lambda05 {
    public static void main(String[] args) {
        Function<Integer, Integer> function01 = x -> x * 2;
        System.out.println(function01.apply(2));
        BiFunction<Integer, Integer, Integer> function02 = (x, y) -> x * y;
        System.out.println(function02.apply(2, 3));

        Consumer<String> consumer01 = msg -> System.out.println("msg:"+msg);
        consumer01.accept("hello");

        BiConsumer<String,Integer> consumer02 = (msg,i)
                -> System.out.println(msg+":"+i);
        consumer02.accept("world",3);
    }
}

如果面對更復雜的業(yè)務需求，可以自定義函數(shù)式接口去解決。

四、Optional類

1、Null判斷

Optional類是Java函數(shù)式編程的應用，主要用來解決常見的空指針異常問題。

在Java編程的開發(fā)中，很多地方都能常見空指針異常的拋出，如果想避免這個問題就要加入很多判斷：

public class Optional01 {
    public static void main(String[] args) {
        User user = new User(1,"hello") ;
        if (user != null){
            if (user.getName() != null){
                System.out.println(user.getName());
            }
        }
    }
}

為了確保程序不拋出空指針這種低級的錯誤，在程序中隨處可以null的判斷，代碼顯然冗余和繁雜。

2、Optional應用

基于Optional類創(chuàng)建的對象可能包含空值和null值，也同樣會拋出對應的異常：

public class Optional02 {
    public static void main(String[] args) {
        // NoSuchElementException
        Optional<User> optionalUser = Optional.empty();
        optionalUser.get();
        // NullPointerException
        Optional<User> nullOpt = Optional.of(null);
        nullOpt.get();
    }
}

所以在不明確對象的具體情況下，使用ofNullable()方法:

public class Optional03 {
    public static void main(String[] args) {
        User user = new User(1,"say");
        Optional<User> optionalUser = Optional.ofNullable(user);
        if (optionalUser.isPresent()){
            System.out.println(optionalUser.get().getName());
        }
        User user1 = null ;
        User createUser = Optional.ofNullable(user1).orElse(createUser());
        System.out.println(createUser.getName());
        User user2 = null ;
        Optional.ofNullable(user2).orElseThrow( ()
                -> new RuntimeException());;
    }
    public static User createUser (){
        return new User(2,"hello") ;
    }
}

這樣看下來Optional結(jié)合鏈式方法和Lambda表達式就很大程度上簡化了應用的代碼量：

public class Optional04 {
    public static void main(String[] args) {
        // 1、map轉(zhuǎn)換方法
        User user = new User(99, "Java");
        // user = null ;
        String name = Optional.ofNullable(user)
                .map(u -> u.getName()).orElse("c++");
        System.out.println(name);
        // 2、過濾方法
        Optional<User> optUser01 = Optional.ofNullable(user)
                .filter(u -> u.getName() != null && u.getName().contains("c++"));
        // NoSuchElementException
        System.out.println(optUser01.get().getName());
    }
}

Optional提供null處理的各種方法，可以簡潔很多代碼判斷，但是在使用風格上和之前變化很大。

五、Stream流

如果Optional簡化很多Null的判斷，那Stream流的API則簡化了很多集合的遍歷判斷，同樣也是基于函數(shù)式編程。

上述為Stream接口繼承關(guān)系如圖，同樣提供一些特定接口和較大的包裝接口，通過源碼查看，可以看到和函數(shù)編程也是密切相關(guān)。

public class Stream01 {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<String> stream = Stream.of("hello", "java");
        stream.forEach(str -> System.out.print(str+";"));
    }
}

Stream與函數(shù)接口結(jié)合使用，函數(shù)接口又可以使用Lambda表達式進行簡化代碼。在Java8通過Stream可以大量簡化集合使用的代碼復雜度。

public class Stream02 {
    public static void main(String[] args) {
        // 1、轉(zhuǎn)換Stream
        List<String> list = Arrays.asList("java+；", "c++；", "net；");
        list.stream();
        // 2、forEach操作
        list.stream().forEach(System.out::print);
        // 3、map映射，輸出 3，4
        IntStream.rangeClosed(2,3).map(x->x+1).forEach(System.out::println);
        // 4、filter過濾
        list.stream().filter(str -> str.contains("+")).forEach(System.out::print);
        // 5、distinct去重
        Integer[] arr = new Integer[]{3, 1, 3, 1, 2,4};
        Stream.of(arr).distinct().forEach(System.out::println);
        // 6、sorted排序
        Stream.of(arr).sorted().forEach(System.out::println);
        // 7、collect轉(zhuǎn)換
        List<String> newList = list.stream().filter(str -> str.contains("+"))
                .collect(Collectors.toList());
        newList.stream().forEach(System.out::print);
    }
}

在沒有Stream相關(guān)API之前，對于集合的操作和遍歷都會產(chǎn)生大量的代碼，通過Stream相關(guān)API集合的函數(shù)式編程和Lambda表達式的風格，簡化集合很多操作。