詳細(xì)介紹Java函數(shù)式接口

更新時間：2021年09月02日 17:04:01 作者：LL.LEBRON

函數(shù)式接口在Java中是指有且僅有一個抽象方法的接口。當(dāng)然接口中可以包含其他的方法默認(rèn)、靜態(tài)、私有，具體內(nèi)容請參考下面文章內(nèi)容

Java—函數(shù)式接口

1.自定義函數(shù)式接口

1.1概述

函數(shù)式接口在Java中是指：**有且僅有一個抽象方法的接口。**當(dāng)然接口中可以包含其他的方法（默認(rèn)，靜態(tài)，私有）。

函數(shù)式接口，即適用于函數(shù)式編程場景的接口。而Java中的函數(shù)式編程體現(xiàn)就是Lambda，所以函數(shù)式接口就是可以適用于Lambda使用的接口。只有確保接口中有且僅有一個抽象方法，Java中的Lambda才能順利地進(jìn)行推導(dǎo)。

備注：“語法糖”是指使用更加方便，但是原理不變的代碼語法。例如在遍歷集合時使用的for-each語法，其實底層的實現(xiàn)原理仍然是迭代器，這便是“語法糖”。從應(yīng)用層面來講，Java中的Lambda可以被當(dāng)做是匿名內(nèi)部類的“語法糖”，但是二者在原理上是不同的。

1.2格式

只要確保接口中有且僅有一個抽象方法即可：

修飾符 interface 接口名稱 {
 public abstract 返回值類型 方法名稱(可選參數(shù)信息);
 // 其他非抽象方法內(nèi)容
}

由于接口當(dāng)中抽象方法的 public abstract 是可以省略的，所以定義一個函數(shù)式接口很簡單：

public interface MyFunctionalInterface {
 void myMethod();
}

1.3@FunctionalInterface注解

與 @Override 注解的作用類似，Java 8中專門為函數(shù)式接口引入了一個新的注解： @FunctionalInterface 。該注解可用于一個接口的定義上：

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

一旦使用該注解來定義接口，編譯器將會強制檢查該接口是否確實有且僅有一個抽象方法，否則將會報錯。需要注意的是，即使不使用該注解，只要滿足函數(shù)式接口的定義，這仍然是一個函數(shù)式接口，使用起來都一樣。

1.4自定義函數(shù)式接口

對于剛剛定義好的 MyFunctionalInterface 函數(shù)式接口，典型使用場景就是作為方法的參數(shù)：

public class Hello {
    public static void show(MyFunctionalInterface p) {
        p.method1();
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //調(diào)用show方法，方法的參數(shù)是一個接口，所以可以傳遞接口的實現(xiàn)類對象
        show(new xppmzzz());

        //調(diào)用show方法，方法的參數(shù)是一個接口，所以我們可以傳遞接口的匿名內(nèi)部類
        show(new MyFunctionalInterface() {
            @Override
            public void method1() {
                System.out.println("使用匿名內(nèi)部類重寫接口中的抽象方法");
            }
        });
        //調(diào)用show方法，方法的參數(shù)是一個函數(shù)式接口，所以我們可以用Lambda表達(dá)式
        show(() -> System.out.println("使用Lamdba表達(dá)式重寫接口中的持續(xù)方法"));

    }
}

2.函數(shù)式編程

2.1Lambda的延遲執(zhí)行

有些場景的代碼執(zhí)行后，結(jié)果不一定會被使用，從而造成性能浪費。而Lambda表達(dá)式是延遲執(zhí)行的，這正好可以作為解決方案，提升性能。

性能浪費的日志案例

注:日志可以幫助我們快速的定位問題，記錄程序運行過程中的情況，以便項目的監(jiān)控和優(yōu)化。一種典型的場景就是對參數(shù)進(jìn)行有條件使用，例如對日志消息進(jìn)行拼接后，在滿足條件的情況下進(jìn)行打印輸出：

public class Demo01Logger {
    public static void main(String[] args) {
        String a = "小皮皮";
        String b = "美滋滋";
        String c = "哈哈哈";
        log(1, a + b + c);
    }
    private static void log(int level, String s) {
        if (level == 1) {
            System.out.println(s);
        }
    }
}

這段代碼存在問題：無論級別是否滿足要求，作為 log 方法的第二個參數(shù)，三個字符串一定會首先被拼接并傳入方法內(nèi)，然后才會進(jìn)行級別判斷。如果級別不符合要求，那么字符串的拼接操作就白做了，存在性能浪費。

備注：SLF4J是應(yīng)用非常廣泛的日志框架，它在記錄日志時為了解決這種性能浪費的問題，并不推薦首先進(jìn)行字符串的拼接，而是將字符串的若干部分作為可變參數(shù)傳入方法中，僅在日志級別滿足要求的情況下才會進(jìn) 行字符串拼接。例如： LOGGER.debug(“變量{}的取值為{}。”, “os”, “macOS”) ，其中的大括號 {} 為占位符。如果滿足日志級別要求，則會將“os”和“macOS”兩個字符串依次拼接到大括號的位置；否則不會進(jìn)行字符串拼接。這也是一種可行解決方案，但Lambda可以做到更好。

體驗Lambda的更優(yōu)寫法

使用Lambda必然需要一個函數(shù)式接口：

@FunctionalInterface
public interface MessageBuilder {
    String buildMessage();
}

然后對 log 方法進(jìn)行改造：

public class Demo02LoggerLambda {
    public static void main(String[] args) {
        String a = "小皮皮";
        String b = "美滋滋";
        String c = "哈哈哈";
        log(1, () -> a + b + c);
        /*
        log(1, new MessageBuilder() {
            @Override
            public String buildMessage() {
                return a + b + c;
            }
        });
        */
    }

    private static void log(int level, MessageBuilder builder) {
        if (level == 1) {
            System.out.println(builder.buildMessage());
        }
    }
}

這樣一來，只有當(dāng)級別滿足要求的時候，才會進(jìn)行三個字符串的拼接；否則三個字符串將不會進(jìn)行拼接。

證明Lambda的延遲

public class Demo02LoggerLambda {
    public static void main(String[] args) {
        String a = "小皮皮";
        String b = "美滋滋";
        String c = "哈哈哈";
        log(2, () -> {
            System.out.println("Lambda執(zhí)行！");
            return a + b + c;
        });
        /*
        log(2, new MessageBuilder() {
            @Override
            public String buildMessage() {
                System.out.println("Lambda執(zhí)行！");
                return a + b + c;
            }
        });
        */
    }
    private static void log(int level, MessageBuilder builder) {
        if (level == 1) {
            System.out.println(builder.buildMessage());
        }
    }
}

從結(jié)果中可以看出，在不符合級別要求的情況下，Lambda將不會執(zhí)行。從而達(dá)到節(jié)省性能的效果。

擴展：實際上使用內(nèi)部類也可以達(dá)到同樣的效果，只是將代碼操作延遲到了另外一個對象當(dāng)中通過調(diào)用方法來完成。而是否調(diào)用其所在方法是在條件判斷之后才執(zhí)行的。

2.2使用Lambda作為參數(shù)和返回值

如果拋開實現(xiàn)原理不說，Java中的Lambda表達(dá)式可以被當(dāng)作是匿名內(nèi)部類的替代品。如果方法的參數(shù)是一個函數(shù) 式接口類型，那么就可以使用Lambda表達(dá)式進(jìn)行替代。使用Lambda表達(dá)式作為方法參數(shù)，其實就是使用函數(shù)式接口作為方法參數(shù)。

例如 java.lang.Runnable 接口就是一個函數(shù)式接口，假設(shè)有一個 startThread 方法使用該接口作為參數(shù)，那么就可以使用Lambda進(jìn)行傳參。這種情況其實和 Thread 類的構(gòu)造方法參數(shù)為 Runnable 沒有本質(zhì)區(qū)別。

public class demoRunnable {
    private static void startVThread(Runnable task){
        new Thread(task).start();
    }
    public static void main(String[] args) {
        startVThread(() -> System.out.println("線程任務(wù)執(zhí)行！"));
    }
}

類似地，如果一個方法的返回值類型是一個函數(shù)式接口，那么就可以直接返回一個Lambda表達(dá)式。當(dāng)需要通過一個方法來獲取一個 java.util.Comparator 接口類型的對象作為排序器時,就可以調(diào)該方法獲取。

public class mainCompartator {
    public static void main(String[] args) {
        String[] s = {"aaa", "bbbb", "c", "ppppp"};
        System.out.println(Arrays.toString(s));
        Arrays.sort(s, newComparator());
        System.out.println(Arrays.toString(s));

    }

    private static Comparator<String> newComparator() {
        return (a, b) -> b.length() - a.length();
    }
}

3.常用函數(shù)式接口

JDK提供了大量常用的函數(shù)式接口以豐富Lambda的典型使用場景，它們主要在 java.util.function 包中被提供。下面是最簡單的幾個接口及使用示例。

3.1Supplier接口

java.util.function.Supplier 接口僅包含一個無參的方法： T get() 。用來獲取一個泛型參數(shù)指定類型的對象數(shù)據(jù)。由于這是一個函數(shù)式接口，這也就意味著對應(yīng)的Lambda表達(dá)式需要“對外提供”一個符合泛型類型的對象數(shù)據(jù)。

public class mainCompartator {
    public static void main(String[] args) {
        String a = "Hello";
        String b = "World";
        System.out.println(getString(() -> a + b));
  /*
  System.out.println(getString(new Supplier<String>() {
            @Override
            public String get() {
                return a + b;
            }
        }));
        */
    }
    private static String getString(Supplier<String> funcation) {
        return funcation.get();
    }
}

題目: 使用 Supplier 接口作為方法參數(shù)類型，通過Lambda表達(dá)式求出int數(shù)組中的最大值。提示：接口的泛型請使用 java.lang.Integer 類。

public class mainCompartator {
    public static void main(String[] args) {
        int a[] = {322, 24, 3, 35, 3, 53, 2544};
        int maxA = getMax(() -> {
            int max = a[0];
            for (int i : a) {
                max = Math.max(i, max);
            }
            return max;
        });
        /*
        
        int maxA = getMax(new Supplier<Integer>() {
            @Override
            public Integer get() {
                int max = a[0];
                for (int i : a) {
                    max = Math.max(i, max);
                }
                return max;
            }
        });
        */
        System.out.println(maxA);
    }
    public static int getMax(Supplier<Integer> sup) {
        return sup.get();
    }
}

3.2Consumer接口

java.util.function.Consumer 接口則正好與Supplier接口相反，它不是生產(chǎn)一個數(shù)據(jù)，而是消費一個數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)類型由泛型決定。

抽象方法：accept

Consumer 接口中包含抽象方法 void accept(T t) ，意為消費一個指定泛型的數(shù)據(jù)?；臼褂萌纾?/p>

public class mainCompartator {
    public static void main(String[] args) {
        consumeString(s -> System.out.println(s));
        /*
        consumeString(new Consumer<String>() {
            @Override
            public void accept(String s) {
                System.out.println(s);
            }
        });
        */
    }
    public static void consumeString(Consumer<String> function){
        function.accept("Hello");
    }
}

默認(rèn)方法：andThen

如果一個方法的參數(shù)和返回值全都是 Consumer 類型，那么就可以實現(xiàn)效果：消費數(shù)據(jù)的時候，首先做一個操作，然后再做一個操作，實現(xiàn)組合。而這個方法就是 Consumer 接口中的default方法 andThen 。下面是JDK的源代碼：

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

備注： java.util.Objects 的 requireNonNull 靜態(tài)方法將會在參數(shù)為null時主動拋出 NullPointerException 異常。這省去了重復(fù)編寫if語句和拋出空指針異常的麻煩。

要想實現(xiàn)組合，需要兩個或多個Lambda表達(dá)式即可，而 andThen 的語義正是“一步接一步”操作。例如兩個步驟組合的情況：

public class mainCompartator {
    public static void main(String[] args) {
        consumString(s-> System.out.println(s.toUpperCase()),s-> System.out.println(s.toLowerCase()));
    }
    public static void consumString(Consumer<String> one, Consumer<String> two) {
        one.andThen(two).accept("xppmzz");
    }
}

題目：下面的字符串?dāng)?shù)組當(dāng)中存有多條信息，請按照格式“ 姓名：XX。性別：XX。 ”的格式將信息打印出來。要求將打印姓名的動作作為第一個 Consumer 接口的Lambda實例，將打印性別的動作作為第二個 Consumer 接口的Lambda實例，將兩個 Consumer 接口按照順序“拼接”到一起。

public class mainCompartator {
    public static void main(String[] args) {
        String[] array = {"xpp,男", "mzz,男", "hhh,女"};
        printInfo(s -> System.out.println("姓名:" + s.split(",")[0]),
                s -> System.out.println("性別：" + s.split(",")[1]), array);
    }

    private static void printInfo(Consumer<String> one, Consumer<String> two, String[] array) {
        for (String info : array) {
            one.andThen(two).accept(info);
        }
    }
}

3.3Predicate接口

有時候我們需要對某種類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，從而得到一個boolean值結(jié)果。這時可以使用 java.util.function.Predicate 接口。

抽象方法：test

Predicate 接口中包含一個抽象方法： boolean test(T t) 。用于條件判斷的場景：

public class Demo15PredicateTest {
private static void method(Predicate<String> predicate) {
  boolean veryLong = predicate.test("HelloWorld");
  System.out.println("字符串很長嗎：" + veryLong);
 }
 public static void main(String[] args) {
  method(s ‐> s.length() > 5);
 }
}

默認(rèn)方法：and

既然是條件判斷，就會存在與、或、非三種常見的邏輯關(guān)系。其中將兩個 Predicate 條件使用“與”邏輯連接起來實現(xiàn)“并且”的效果時，可以使用default方法 and 。其JDK源碼為：

default Predicate<T> and(Predicate<? super T> other) {
 Objects.requireNonNull(other);
 return (t) ‐> test(t) && other.test(t);
}

如果要判斷一個字符串既要包含大寫“H”，又要包含大寫“W”，那么：

public class mainCompartator {
    public static void main(String[] args) {
        method(s -> s.contains("H"), s -> s.contains("W"));
    }

    private static void method(Predicate<String> one, Predicate<String> two) {
        boolean res = one.and(two).test("HeLLoWorld");
        System.out.println("字符串復(fù)合要求嗎?" + res);
    }
}

默認(rèn)方法：or

與 and 的“與”類似，默認(rèn)方法 or 實現(xiàn)邏輯關(guān)系中的“或”。JDK源碼為：

default Predicate<T> or(Predicate<? super T> other) {
 Objects.requireNonNull(other);
 return (t) ‐> test(t) || other.test(t);
}

如果希望實現(xiàn)邏輯“字符串包含大寫H或者包含大寫W”，那么代碼只需要將“and”修改為“or”名稱即可，其他都不變：

public class mainCompartator {
    public static void main(String[] args) {
        method(s -> s.contains("H"), s -> s.contains("W"));
    }

    private static void method(Predicate<String> one, Predicate<String> two) {
        boolean res = one.or(two).test("heLLoworld");
        System.out.println("字符串符合要求嗎?" + res);
    }
}

默認(rèn)方法：negate

“與”、“或”已經(jīng)了解了，剩下的“非”（取反）也會簡單。默認(rèn)方法 negate 的JDK源代碼為：

default Predicate<T> negate() {
 return (t) ‐> !test(t);
}

從實現(xiàn)中很容易看出，它是執(zhí)行了test方法之后，對結(jié)果boolean值進(jìn)行“!”取反而已。一定要在 test 方法調(diào)用之前調(diào)用 negate 方法，正如 and 和 or 方法一樣：

public class mainCompartator {
    public static void main(String[] args) {
        method(s -> s.length() < 5);
    }

    private static void method(Predicate<String> predicate) {
        boolean verLong = predicate.negate().test("HelloWorld");
        System.out.println("字符串很長嗎？" + verLong);
    }
}

題目：數(shù)組當(dāng)中有多條“姓名+性別”的信息如下，請通過 Predicate 接口的拼裝將符合要求的字符串篩選到集合 ArrayList 中，需要同時滿足兩個條件：

必須為女生；
姓名為3個字

public class mainCompartator {
    public static void main(String[] args) {
        String[] array = {"xpp,女", "mzz,男", "hhh,女"};
        List<String> ans = method(s -> s.split(",")[0].length() == 3, s -> s.split(",")[1].equals("女"), array);
        System.out.println(ans);
    }

    private static List<String> method(Predicate<String> one, Predicate<String> two, String[] array) {
        List<String> res = new ArrayList<>();
        for (String s : array) {
            if (one.and(two).test(s))
                res.add(s);
        }
        return res;
    }
}

3.4Function接口

Function接口 java.util.function.Function 接口用來根據(jù)一個類型的數(shù)據(jù)得到另一個類型的數(shù)據(jù)，前者稱為前置條件，后者稱為后置條件。

抽象方法：apply

Function 接口中最主要的抽象方法為： R apply(T t) ，根據(jù)類型T的參數(shù)獲取類型R的結(jié)果。使用的場景例如：將 String 類型轉(zhuǎn)換為 Integer 類型。

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));
 }
}

默認(rèn)方法：andThen

Function 接口中有一個默認(rèn)的 andThen 方法，用來進(jìn)行組合操作。JDK源代碼如：

default <V> Function<T, V> andThen(Function<? super R, ? extends V> after) {
 Objects.requireNonNull(after);
 return (T t) ‐> after.apply(apply(t));
}

該方法同樣用于“先做什么，再做什么”的場景，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);
 }
}

一個操作是將字符串解析成為int數(shù)字，第二個操作是乘以10。兩個操作通過 andThen 按照前后順序組合到了一起。