原创

函数式接口

【函数式接口】

主要内容

  • 自定义函数式接口
  • 函数式编程
  • 常用函数式接口

学习目标

  • [ ] 能够使用@FunctionalInterface注解
  • [ ] 能够自定义无参无返回函数式接口
  • [ ] 能够自定义有参有返回函数式接口
  • [ ] 能够理解Lambda延迟执行的特点
  • [ ] 能够使用Lambda作为方法的参数
  • [ ] 能够使用Lambda作为方法的返回值
  • [ ] 能够使用Supplier函数式接口
  • [ ] 能够使用Consumer函数式接口
  • [ ] 能够使用Function函数式接口
  • [ ] 能够使用Predicate函数式接口

第一章 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。

备注:“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

@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

对于刚刚定义好的MyFunctionalInterface函数式接口,典型使用场景就是作为方法的参数:

public class Demo09FunctionalInterface { 
// 使用自定义的函数式接口作为方法参数 
    private static void doSomething(MyFunctionalInterfaceinter) { 
        inter.myMethod(); // 调用自定义的函数式接口方法 
    }
    public static void main(String[] args) { 
    // 调用使用函数式接口的方法 
    doSomething(() ‐> System.out.println("Lambda执行!")); 
    } 
}

第二章 函数式编程

在兼顾面向对象特性的基础上,Java语言通过Lambda表达式与方法引用等,为开发者打开了函数式编程的大门。
下面我们做一个初探。

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。

性能浪费的日志案例

注: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 Demo01Logger {
    //定义一个根据日志的级别,显示日志信息的方法
    public static void showLog(int level, String message){
        //对日志的等级进行判断,如果是1级别,那么输出日志信息
        if(level==1){
            System.out.println(message);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //定义三个日志信息
        String msg1 = "Hello";
        String msg2 = "World";
        String msg3 = "Java";

        //调用showLog方法,传递日志级别和日志信息
        showLog(2,msg1+msg2+msg3);

    }
}

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。

备注: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。

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 {
    //定义一个拼接消息的抽象方法,返回被拼接的消息
    public abstract String builderMessage();
}

然后对 log 方法进行改造:

public class Demo02Lambda {
    //定义一个显示日志的方法,方法的参数传递日志的等级和MessageBuilder接口
    public static void showLog(int level, MessageBuilder mb){
        //对日志的等级进行判断,如果是1级,则调用MessageBuilder接口中的builderMessage方法
        if(level==1){
            System.out.println(mb.builderMessage());
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //定义三个日志信息
        String msg1 = "Hello";
        String msg2 = "World";
        String msg3 = "Java";

        //调用showLog方法,参数MessageBuilder是一个函数式接口,所以可以传递Lambda表达式
        /*showLog(2,()->{
            //返回一个拼接好的字符串
            return  msg1+msg2+msg3;
        });*/

        /*
            使用Lambda表达式作为参数传递,仅仅是把参数传递到showLog方法中
            只有满足条件,日志的等级是1级
                才会调用接口MessageBuilder中的方法builderMessage
                才会进行字符串的拼接
            如果条件不满足,日志的等级不是1级
                那么MessageBuilder接口中的方法builderMessage也不会执行
                所以拼接字符串的代码也不会执行
            所以不会存在性能的浪费
         */
        showLog(1,()->{
            System.out.println("不满足条件不执行");
            //返回一个拼接好的字符串
            return  msg1+msg2+msg3;
        });
    }
}

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。

证明Lambda的延迟

下面的代码可以通过结果进行验证:

public class Demo03LoggerDelay {
    private static void log(int level, MessageBuilder builder) {
        if (level == 1) {
            System.out.println(builder.buildMessage());
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        String msgA = "Hello";
        String msgB = "World";
        String msgC = "Java";
        log(2, () ‐ > {System.out.println("Lambda执行!"); return msgA + msgB + msgC; });
    }
}

从结果中可以看出,在不符合级别要求的情况下,Lambda将不会执行。从而达到节省性能的效果。

扩展:实际上使用内部类也可以达到同样的效果,只是将代码操作延迟到了另外一个对象当中通过调用方法
来完成。而是否调用其所在方法是在条件判断之后才执行的。

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 Demo04Runnable {
    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 Demo06Comparator {
    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));
    }
}

其中直接return一个Lambda表达式即可。

第三章 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。

import java.util.function.Supplier;

public class Demo08Supplier {
    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));
    }
}

3.2 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

public class Demo02Test {
    //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);
    }
}

3.3 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。

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。基本使用如:

import java.util.function.Consumer;

public class Demo09Consumer {
    private static void consumeString(Consumer<String> function) {
        function.accept("Hello");
    }

    public static void main(String[] args) {
        consumeString(s ‐> System.out.println(s));
    }
}

当然,更好的写法是使用方法引用。

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。下面是JDK的源代码:

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

备注:java.util.ObjectsrequireNonNull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 Demo10ConsumerAndThen {
    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()));
    }
}

运行结果将会首先打印完全大写的HELLO,然后打印完全小写的hello。当然,通过链式写法可以实现更多步骤的
组合。

3.4 练习:格式化打印信息

题目

下面的字符串数组当中存有多条信息,请按照格式“姓名:XX。性别:XX。”的格式将信息打印出来。要求将打印姓名的动作作为第一个Consumer接口的Lambda实例,将打印性别的动作作为第二个Consumer接口的Lambda实例,将两个Consumer接口按照顺序“拼接”到一起。

public static void main(String[] args) {
    String[] array = { "迪丽热巴,女", "古力娜扎,女", "马尔扎哈,男" };
}

解答

import java.util.function.Consumer;

public class DemoConsumer {
    public static void main(String[] args) {
        String[] array = { "迪丽热巴,女", "古力娜扎,女", "马尔扎哈,男" };
        printInfo(s ‐> System.out.print("姓名:" + s.split(",")[ 0 ]),
            s ‐> System.out.println("。性别:" + 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); // 姓名:迪丽热巴。性别:女。
        }
    }
}

3.5 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。

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 Demo15PredicateTest {
    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 );
    }
}

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。

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 Demo16PredicateAnd {
    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"));
    }
}

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 Demo16PredicateAnd {
    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"));
    }
}

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 Demo17PredicateNegate {
    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 );
    }
}

3.6 练习:集合信息筛选

题目

数组当中有多条“姓名+性别”的信息如下,请通过Predicate接口的拼装将符合要求的字符串筛选到集合
ArrayList中,需要同时满足两个条件:

  1. 必须为女生;
  2. 姓名为 4 个字。
    public class DemoPredicate {
     public static void main(String[] args) {
         String[] array = { "迪丽热巴,女", "古力娜扎,女", "马尔扎哈,男", "赵丽颖,女" };
     }
    }
    

解答

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.function.Predicate;

public class DemoPredicate {
    public static void main(String[] args) {
        String[] array = { "迪丽热巴,女", "古力娜扎,女", "马尔扎哈,男", "赵丽颖,女" };
        List<String> list = filter(array,
            s ‐> "女".equals(s.split(",")[ 1 ]),
            s ‐> s.split(",")[ 0 ].length() ==  4 );
        System.out.println(list);
    }

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

3.7 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。

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 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));
    }
}

当然,最好是通过方法引用的写法。

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 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 );
    }
}

第一个操作是将字符串解析成为int数字,第二个操作是乘以 10 。两个操作通过andThen按照前后顺序组合到了一起。

请注意,Function的前置条件泛型和后置条件泛型可以相同。

3.8 练习:自定义函数模型拼接

题目

请使用Function进行函数模型的拼接,按照顺序需要执行的多个函数操作为:

String str = "赵丽颖,20";

  1. 将字符串截取数字年龄部分,得到字符串;
  2. 将上一步的字符串转换成为int类型的数字;
  3. 将上一步的int数字累加 100 ,得到结果int数字。

    解答

    ```java
    import^ java.util.function.Function;

public class DemoFunction {
public static void main(String[] args) {
String str = "赵丽颖,20";
int age = getAgeNum(str, s ‐> s.split(",")[ 1 ],
s ‐>Integer.parseInt(s),
n ‐> n += 100 );
System.out.println(age);
}

private static int getAgeNum(String str, Function<String, String> one,Function<String, Integer> two,Function<Integer, Integer> three) {
    return one.andThen(two).andThen(three).apply(str);
}

}
```

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