java8新特性之常用函数式接口

java8新特性之常用函数式接口

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了解这几个函数式接口为学习steam流做准备

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。

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();
}

@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。

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(MyFunctionalInterface inter) { 
		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执行啦!")); 
	} 
}

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。

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 { 
	private static void log(int level, String msg) { 
		if (level == 1) { 
			System.out.println(msg); 
		} 
	}
	public static void main(String[] args) { 
		String msgA = "Hello"; 
		String msgB = "World"; 
		String msgC = "Java"; 
		log(1, msgA + msgB + msgC); 
	} 
}

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。

体验Lambda的更优写法

使用Lambda必然需要一个函数式接口:

然后对 log 方法进行改造:

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

然后对 log方法进行改造:

public class Demo02LoggerLambda { 
	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(1, () ‐> msgA + msgB + msgC ); 
	}
}

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。

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。

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。

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)); 
	} 
}

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:

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mo默认方法 andThen

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:

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。

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:

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); 
	} 
}

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 条件使用逻辑连接起来实现“并且”的效果时,可以使用默认方法 and 。其JDK源码为:

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

默认方法:or

and类似,默认方法 or 实现逻辑关系中的“”。JDK源码为:

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

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:

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); 
	} 
}

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。

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:

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:

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。