Java 函數(shù)式編程要點(diǎn)總結(jié)

更新時(shí)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(qiáng)調(diào)函數(shù)的計(jì)算比指令的計(jì)算更重要；與過(guò)程化編程相比，其中函數(shù)的計(jì)算可以隨時(shí)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(duì)涉及的對(duì)象等進(jìn)行統(tǒng)一的學(xué)習(xí)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(yùn)算過(guò)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(yùn)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(guò)程的方式做計(jì)算，上面的代碼塊著重在描述程序執(zhí)行過(guò)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(jì)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(fēng)格側(cè)重描述程序的執(zhí)行邏輯，不是執(zhí)行過(guò)程。

同上面計(jì)算過(guò)程相比，函數(shù)式編程也減少很多臨時(shí)變量的創(chuàng)建，代碼風(fēng)格也變的簡(jiǎn)潔清楚。

二、函數(shù)與方法

在Java語(yǔ)言中有函數(shù)式編程風(fēng)格，但是Java代碼中沒有函數(shù)的說(shuō)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(shí)例化后的對(duì)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(shí)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(shí)例化后的對(duì)象才可以調(diào)用。

三、JDK函數(shù)基礎(chǔ)

1、Lambda表達(dá)式

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

這里就很鮮明的對(duì)比Lambda表達(dá)式語(yǔ)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(gè)直觀的應(yīng)用案例，基于Lambda的方式創(chuàng)建線程，可以使代碼變的更加簡(jiǎn)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(duì)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(biāo)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(gè)抽象方法，

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

Lambda表達(dá)式本身可以理解為就是一個(gè)接口的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，這里runnable就是完整的Lambda表達(dá)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(dá)式最直觀的作用就是使得代碼變得異常簡(jiǎn)潔，并且可以作為參數(shù)傳遞。

2、函數(shù)式接口

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

Function：輸入一個(gè)參數(shù)，返回一個(gè)結(jié)果；
Consumer：輸入一個(gè)參數(shù)，不返回結(jié)果；
BiFunction：輸入兩個(gè)參數(shù)，返回一個(gè)結(jié)果；
BiConsumer：輸入兩個(gè)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(duì)更復(fù)雜的業(yè)務(wù)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(yīng)用，主要用來(lái)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(gè)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(jí)的錯(cuò)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(yīng)用

基于Optional類創(chuàng)建的對(duì)象可能包含空值和null值，也同樣會(huì)拋出對(duì)應(yīng)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(duì)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(lái)Optional結(jié)合鏈?zhǔn)椒椒ê蚅ambda表達(dá)式就很大程度上簡(jiǎn)化了應(yīng)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(guò)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(jiǎn)潔很多代碼判斷，但是在使用風(fēng)格上和之前變化很大。

五、Stream流

如果Optional簡(jiǎn)化很多Null的判斷，那Stream流的API則簡(jiǎn)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(guò)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(dá)式進(jìn)行簡(jiǎn)化代碼。在Java8通過(guò)Stream可以大量簡(jiǎn)化集合使用的代碼復(fù)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(guò)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(duì)于集合的操作和遍歷都會(huì)產(chǎn)生大量的代碼，通過(guò)Stream相關(guān)API集合的函數(shù)式編程和Lambda表達(dá)式的風(fēng)格，簡(jiǎn)化集合很多操作。