一文帶你了解Java中的函數(shù)式編程
更新時間：2023年04月02日 16:32:31 作者：小二十七
函數(shù)式編程的理論基礎(chǔ)是阿隆佐·丘奇（Alonzo Church）于 1930 年代提出的 λ 演算（Lambda Calculus）。這篇文章主要為大家介紹了函數(shù)式編程的相關(guān)知識，希望對大家有所幫助
概述
背景
函數(shù)式編程的理論基礎(chǔ)是阿隆佐·丘奇（Alonzo Church）于 1930 年代提出的 λ 演算（Lambda Calculus）。λ 演算是一種形式系統(tǒng)，用于研究函數(shù)定義、函數(shù)應用和遞歸。它為計算理論和計算機科學的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。隨著 Haskell（1990年）和 Erlang（1986年）等新一代函數(shù)式編程語言的誕生，函數(shù)式編程開始在實際應用中發(fā)揮作用。
函數(shù)式的價值
隨著硬件越來越便宜，程序的規(guī)模和復雜性都在呈線性的增長。這一切都讓編程工作變得困難重重。我們想方設(shè)法使代碼更加一致和易懂。我們急需一種 語法優(yōu)雅，簡潔健壯，高并發(fā)，易于測試和調(diào)試 的編程方式，這一切恰恰就是 函數(shù)式編程（FP） 的意義所在。
函數(shù)式語言已經(jīng)產(chǎn)生了優(yōu)雅的語法，這些語法對于非函數(shù)式語言也適用。 例如：如今 Python，Java 8 都在吸收 FP 的思想，并且將其融入其中，你也可以這樣想：
OO（object oriented，面向?qū)ο螅┦浅橄髷?shù)據(jù)，F(xiàn)P（functional programming，函數(shù) 式編程）是抽象行為。
新舊對比
用傳統(tǒng)形式和 Java 8 的方法引用、Lambda 表達式分別演示。代碼示例：
interface Strategy {
String approach(String msg);
}
class Soft implements Strategy {
public String approach(String msg) {
return msg.toLowerCase() + "?";
}
}
class Unrelated {
static String twice(String msg) {
return msg + " " + msg;
}
}
public class Strategize {
Strategy strategy;
String msg;
Strategize(String msg) {
strategy = new Soft(); // [1] 構(gòu)建默認的 Soft
this.msg = msg;
}
void communicate() {
System.out.println(strategy.approach(msg));
}
void changeStrategy(Strategy strategy) {
this.strategy = strategy;
}
public static void main(String[] args) {
Strategy[] strategies = {
new Strategy() { // [2] Java 8 以前的匿名內(nèi)部類
public String approach(String msg) {
return msg.toUpperCase() + "!";
}
},
msg -> msg.substring(0, 5), // [3] 基于 Ldmbda 表達式，實例化 interface
Unrelated::twice // [4] 基于 方法引用，實例化 interface
};
Strategize s = new Strategize("Hello there");
s.communicate();
for(Strategy newStrategy : strategies) {
s.changeStrategy(newStrategy); // [5] 使用默認的 Soft 策略
s.communicate(); // [6] 每次調(diào)用 communicate() 都會產(chǎn)生不同的行為
}
}
}
輸出結(jié)果：
hello there?
HELLO THERE!
Hello
Hello there Hello there
Lambda 表達式
Lambda 表達式是使用最小可能語法編寫的函數(shù)定義：（原則）
- Lambda 表達式產(chǎn)生函數(shù)，而不是類
- Lambda 語法盡可能少，這正是為了使 Lambda 易于編寫和使用
Lambda 用法：
interface Description {
String brief();
}
interface Body {
String detailed(String head);
}
interface Multi {
String twoArg(String head, Double d);
}
public class LambdaExpressions {
static Body bod = h -> h + " No Parens!"; // [1] 一個參數(shù)時，可以不需要擴展 ()， 但這是一個特例
static Body bod2 = (h) -> h + " More details"; // [2] 正常情況下的使用方式
static Description desc = () -> "Short info"; // [3] 沒有參數(shù)的情況下的使用方式
static Multi mult = (h, n) -> h + n; // [4] 多參數(shù)情況下的使用方式
static Description moreLines = () -> {
// [5] 多行代碼情況下使用 `{}` + `return` 關(guān)鍵字
// （在單行的 Lambda 表達式中 `return` 是非法的）
System.out.println("moreLines()");
return "from moreLines()";
};
public static void main(String[] args) {
System.out.println(bod.detailed("Oh!"));
System.out.println(bod2.detailed("Hi!"));
System.out.println(desc.brief());
System.out.println(mult.twoArg("Pi! ", 3.14159));
System.out.println(moreLines.brief());
}
}
輸出結(jié)果：
Oh! No Parens!
Hi! More details
Short info
Pi! 3.14159
moreLines()
from moreLines()
總結(jié)：Lambda 表達式通常比匿名內(nèi)部類產(chǎn)生更易讀的代碼，因此我們將盡可能使用它們。
方法引用
方法引用由類名或者對象名，后面跟著 :: 然后跟方法名稱，
使用示例：
interface Callable { // [1] 單一方法的接口（重要）
void call(String s);
}
class Describe {
void show(String msg) { // [2] 符合 Callable 接口的 call() 方法實現(xiàn)
System.out.println(msg);
}
}
public class MethodReferences {
static void hello(String name) { // [3] 也符合 call() 方法實現(xiàn)
System.out.println("Hello, " + name);
}
static class Description {
String about;
Description(String desc) {
about = desc;
}
void help(String msg) { // [4] 靜態(tài)類的非靜態(tài)方法
System.out.println(about + " " + msg);
}
}
static class Helper {
static void assist(String msg) { // [5] 靜態(tài)類的靜態(tài)方法，符合 call() 方法
System.out.println(msg);
}
}
public static void main(String[] args) {
Describe d = new Describe();
Callable c = d::show; // [6] 通過方法引用創(chuàng)建 Callable 的接口實現(xiàn)
c.call("call()"); // [7] 通過該實例 call() 方法調(diào)用 show() 方法
c = MethodReferences::hello; // [8] 靜態(tài)方法的方法引用
c.call("Bob");
c = new Description("valuable")::help; // [9] 實例化對象的方法引用
c.call("information");
c = Helper::assist; // [10] 靜態(tài)方法的方法引用
c.call("Help!");
}
}
輸出結(jié)果：
call()
Hello, Bob
valuable information
Help!
Runnable 接口
使用 Lambda 和方法引用改變 Runnable 接口的寫法：
// 方法引用與 Runnable 接口的結(jié)合使用
class Go {
static void go() {
System.out.println("Go::go()");
}
}
public class RunnableMethodReference {
public static void main(String[] args) {
new Thread(new Runnable() {
public void run() {
System.out.println("Anonymous");
}
}).start();
new Thread(
() -> System.out.println("lambda")
).start();
new Thread(Go::go).start(); // 通過 方法引用創(chuàng)建 Runnable 實現(xiàn)的引用
}
}
輸出結(jié)果：
Anonymous
lambda
Go::go()
未綁定的方法引用
使用未綁定的引用時，需要先提供對象：
// 未綁定的方法引用是指沒有關(guān)聯(lián)對象的普通方法
class X {
String f() {
return "X::f()";
}
}
interface MakeString {
String make();
}
interface TransformX {
String transform(X x);
}
public class UnboundMethodReference {
public static void main(String[] args) {
// MakeString sp = X::f; // [1] 你不能在沒有 X 對象參數(shù)的前提下調(diào)用 f()，因為它是 X 的方法
TransformX sp = X::f; // [2] 你可以首個參數(shù)是 X 對象參數(shù)的前提下調(diào)用 f()，使用未綁定的引用，函數(shù)式的方法不再與方法引用的簽名完全相同
X x = new X();
System.out.println(sp.transform(x)); // [3] 傳入 x 對象，調(diào)用 x.f() 方法
System.out.println(x.f()); // 同等效果
}
}
輸出結(jié)果：
X::f()
X::f()
我們通過更多示例來證明，通過未綁的方法引用和 interface 之間建立關(guān)聯(lián)：
package com.github.xiao2shiqi.lambda;
// 未綁定的方法與多參數(shù)的結(jié)合運用
class This {
void two(int i, double d) {}
void three(int i, double d, String s) {}
void four(int i, double d, String s, char c) {}
}
interface TwoArgs {
void call2(This athis, int i, double d);
}
interface ThreeArgs {
void call3(This athis, int i, double d, String s);
}
interface FourArgs {
void call4(
This athis, int i, double d, String s, char c);
}
public class MultiUnbound {
public static void main(String[] args) {
TwoArgs twoargs = This::two;
ThreeArgs threeargs = This::three;
FourArgs fourargs = This::four;
This athis = new This();
twoargs.call2(athis, 11, 3.14);
threeargs.call3(athis, 11, 3.14, "Three");
fourargs.call4(athis, 11, 3.14, "Four", 'Z');
}
}
構(gòu)造函數(shù)引用
可以捕獲構(gòu)造函數(shù)的引用，然后通過引用構(gòu)建對象
class Dog {
String name;
int age = -1; // For "unknown"
Dog() { name = "stray"; }
Dog(String nm) { name = nm; }
Dog(String nm, int yrs) {
name = nm;
age = yrs;
}
}
interface MakeNoArgs {
Dog make();
}
interface Make1Arg {
Dog make(String nm);
}
interface Make2Args {
Dog make(String nm, int age);
}
public class CtorReference {
public static void main(String[] args) {
// 通過 ::new 關(guān)鍵字賦值給不同的接口，然后通過 make() 構(gòu)建不同的實例
MakeNoArgs mna = Dog::new; // [1] 將構(gòu)造函數(shù)的引用交給 MakeNoArgs 接口
Make1Arg m1a = Dog::new; // [2] …………
Make2Args m2a = Dog::new; // [3] …………
Dog dn = mna.make();
Dog d1 = m1a.make("Comet");
Dog d2 = m2a.make("Ralph", 4);
}
}
總結(jié)
- 方法引用在很大程度上可以理解為創(chuàng)建一個函數(shù)式接口的實例
- 方法引用實際上是一種簡化 Lambda 表達式的語法糖，它提供了一種更簡潔的方式來創(chuàng)建一個函數(shù)式接口的實現(xiàn)
- 在代碼中使用方法引用時，實際上是在創(chuàng)建一個匿名實現(xiàn)類，引用方法實現(xiàn)并且覆蓋了接口的抽象方法
- 方法引用大多用于創(chuàng)建函數(shù)式接口的實現(xiàn)
函數(shù)式接口
- Lambda 包含類型推導
- Java 8 引入
java.util.function包，解決類型推導的問題
通過函數(shù)表達式創(chuàng)建 Interface：
// 使用 @FunctionalInterface 注解強制執(zhí)行此 “函數(shù)式方法” 模式
@FunctionalInterface
interface Functional {
String goodbye(String arg);
}
interface FunctionalNoAnn {
String goodbye(String arg);
}
public class FunctionalAnnotation {
// goodbye
public String goodbye(String arg) {
return "Goodbye, " + arg + "!";
}
public static void main(String[] args) {
FunctionalAnnotation fa = new FunctionalAnnotation();
// FunctionalAnnotation 沒有實現(xiàn) Functional 接口，所以不能直接賦值
// Functional fac = fa; // Incompatible ?
// 但可以通過 Lambda 將函數(shù)賦值給接口 （類型需要匹配）
Functional f = fa::goodbye;
FunctionalNoAnn fna = fa::goodbye;
Functional fl = a -> "Goodbye, " + a;
FunctionalNoAnn fnal = a -> "Goodbye, " + a;
}
}
以上是自己創(chuàng)建 函數(shù)式接口的示例。
但在 java.util.function 包旨在創(chuàng)建一組完整的預定義接口，使得我們一般情況下不需再定義自己的接口。
在 java.util.function 的函數(shù)式接口的基本使用基本準測，如下
- 只處理對象而非基本類型，名稱則為 Function，Consumer，Predicate 等，參數(shù)通過泛型添加
- 如果接收的參數(shù)是基本類型，則由名稱的第一部分表示，如 LongConsumer， DoubleFunction，IntPredicate 等
- 如果返回值為基本類型，則用 To 表示，如 ToLongFunction 和 IntToLongFunction
- 如果返回值類型與參數(shù)類型一致，則是一個運算符
- 如果接收兩個參數(shù)且返回值為布爾值，則是一個謂詞（Predicate）
- 如果接收的兩個參數(shù)類型不同，則名稱中有一個 Bi
基本類型
下面枚舉了基于 Lambda 表達式的所有不同 Function 變體的示例：
class Foo {}
class Bar {
Foo f;
Bar(Foo f) { this.f = f; }
}
class IBaz {
int i;
IBaz(int i) { this.i = i; }
}
class LBaz {
long l;
LBaz(long l) { this.l = l; }
}
class DBaz {
double d;
DBaz(double d) { this.d = d; }
}
public class FunctionVariants {
// 根據(jù)不同參數(shù)獲得對象的函數(shù)表達式
static Function<Foo, Bar> f1 = f -> new Bar(f);
static IntFunction<IBaz> f2 = i -> new IBaz(i);
static LongFunction<LBaz> f3 = l -> new LBaz(l);
static DoubleFunction<DBaz> f4 = d -> new DBaz(d);
// 根據(jù)對象類型參數(shù)，獲得基本數(shù)據(jù)類型返回值的函數(shù)表達式
static ToIntFunction<IBaz> f5 = ib -> ib.i;
static ToLongFunction<LBaz> f6 = lb -> lb.l;
static ToDoubleFunction<DBaz> f7 = db -> db.d;
static IntToLongFunction f8 = i -> i;
static IntToDoubleFunction f9 = i -> i;
static LongToIntFunction f10 = l -> (int)l;
static LongToDoubleFunction f11 = l -> l;
static DoubleToIntFunction f12 = d -> (int)d;
static DoubleToLongFunction f13 = d -> (long)d;
public static void main(String[] args) {
// apply usage examples
Bar b = f1.apply(new Foo());
IBaz ib = f2.apply(11);
LBaz lb = f3.apply(11);
DBaz db = f4.apply(11);
// applyAs* usage examples
int i = f5.applyAsInt(ib);
long l = f6.applyAsLong(lb);
double d = f7.applyAsDouble(db);
// 基本類型的相互轉(zhuǎn)換
long applyAsLong = f8.applyAsLong(12);
double applyAsDouble = f9.applyAsDouble(12);
int applyAsInt = f10.applyAsInt(12);
double applyAsDouble1 = f11.applyAsDouble(12);
int applyAsInt1 = f12.applyAsInt(13.0);
long applyAsLong1 = f13.applyAsLong(13.0);
}
}
以下是用表格整理基本類型相關(guān)的函數(shù)式接口：
| 函數(shù)式接口 | 特征 | 用途 | 方法名 |
|---|---|---|---|
| Function<T, R> | 接受一個參數(shù)，返回一個結(jié)果 | 將輸入?yún)?shù)轉(zhuǎn)換成輸出結(jié)果，如數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換或映射操作 | R apply(T t) |
| IntFunction | 接受一個 int 參數(shù)，返回一個結(jié)果 | 將 int 值轉(zhuǎn)換成輸出結(jié)果 | R apply(int value) |
| LongFunction | 接受一個 long 參數(shù)，返回一個結(jié)果 | 將 long 值轉(zhuǎn)換成輸出結(jié)果 | R apply(long value) |
| DoubleFunction | 接受一個 double 參數(shù)，返回一個結(jié)果 | 將 double 值轉(zhuǎn)換成輸出結(jié)果 | R apply(double value) |
| ToIntFunction | 接受一個參數(shù)，返回一個 int 結(jié)果 | 將輸入?yún)?shù)轉(zhuǎn)換成 int 輸出結(jié)果 | int applyAsInt(T value) |
| ToLongFunction | 接受一個參數(shù)，返回一個 long 結(jié)果 | 將輸入?yún)?shù)轉(zhuǎn)換成 long 輸出結(jié)果 | long applyAsLong(T value) |
| ToDoubleFunction | 接受一個參數(shù)，返回一個 double 結(jié)果 | 將輸入?yún)?shù)轉(zhuǎn)換成 double 輸出結(jié)果 | double applyAsDouble(T value) |
| IntToLongFunction | 接受一個 int 參數(shù)，返回一個 long 結(jié)果 | 將 int 值轉(zhuǎn)換成 long 輸出結(jié)果 | long applyAsLong(int value) |
| IntToDoubleFunction | 接受一個 int 參數(shù)，返回一個 double 結(jié)果 | 將 int 值轉(zhuǎn)換成 double 輸出結(jié)果 | double applyAsDouble(int value) |
| LongToIntFunction | 接受一個 long 參數(shù)，返回一個 int 結(jié)果 | 將 long 值轉(zhuǎn)換成 int 輸出結(jié)果 | int applyAsInt(long value) |
| LongToDoubleFunction | 接受一個 long 參數(shù)，返回一個 double 結(jié)果 | 將 long 值轉(zhuǎn)換成 double 輸出結(jié)果 | double applyAsDouble(long value) |
| DoubleToIntFunction | 接受一個 double 參數(shù)，返回一個 int 結(jié)果 | 將 double 值轉(zhuǎn)換成 int 輸出結(jié)果 | int applyAsInt(double value) |
| DoubleToLongFunction | 接受一個 double 參數(shù)，返回一個 long 結(jié)果 | 將 double 值轉(zhuǎn)換成 long 輸出結(jié)果 | long applyAsLong(double value) |
非基本類型
在使用函數(shù)接口時，名稱無關(guān)緊要——只要參數(shù)類型和返回類型相同。Java 會將你的方法映射到接口方法。示例：
import java.util.function.BiConsumer;
class In1 {}
class In2 {}
public class MethodConversion {
static void accept(In1 in1, In2 in2) {
System.out.println("accept()");
}
static void someOtherName(In1 in1, In2 in2) {
System.out.println("someOtherName()");
}
public static void main(String[] args) {
BiConsumer<In1, In2> bic;
bic = MethodConversion::accept;
bic.accept(new In1(), new In2());
// 在使用函數(shù)接口時，名稱無關(guān)緊要——只要參數(shù)類型和返回類型相同。Java 會將你的方法映射到接口方法。
bic = MethodConversion::someOtherName;
bic.accept(new In1(), new In2());
}
}
輸出結(jié)果：
accept()
someOtherName()
將方法引用應用于基于類的函數(shù)式接口（即那些不包含基本類型的函數(shù)式接口）
import java.util.Comparator;
import java.util.function.*;
class AA {}
class BB {}
class CC {}
public class ClassFunctionals {
static AA f1() { return new AA(); }
static int f2(AA aa1, AA aa2) { return 1; }
static void f3 (AA aa) {}
static void f4 (AA aa, BB bb) {}
static CC f5 (AA aa) { return new CC(); }
static CC f6 (AA aa, BB bb) { return new CC(); }
static boolean f7 (AA aa) { return true; }
static boolean f8 (AA aa, BB bb) { return true; }
static AA f9 (AA aa) { return new AA(); }
static AA f10 (AA aa, AA bb) { return new AA(); }
public static void main(String[] args) {
// 無參數(shù)，返回一個結(jié)果
Supplier<AA> s = ClassFunctionals::f1;
s.get();
// 比較兩個對象，用于排序和比較操作
Comparator<AA> c = ClassFunctionals::f2;
c.compare(new AA(), new AA());
// 執(zhí)行操作，通常是副作用操作，不需要返回結(jié)果
Consumer<AA> cons = ClassFunctionals::f3;
cons.accept(new AA());
// 執(zhí)行操作，通常是副作用操作，不需要返回結(jié)果，接受兩個參數(shù)
BiConsumer<AA, BB> bicons = ClassFunctionals::f4;
bicons.accept(new AA(), new BB());
// 將輸入?yún)?shù)轉(zhuǎn)換成輸出結(jié)果，如數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換或映射操作
Function<AA, CC> f = ClassFunctionals::f5;
CC cc = f.apply(new AA());
// 將兩個輸入?yún)?shù)轉(zhuǎn)換成輸出結(jié)果，如數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換或映射操作
BiFunction<AA, BB, CC> bif = ClassFunctionals::f6;
cc = bif.apply(new AA(), new BB());
// 接受一個參數(shù)，返回 boolean 值： 測試參數(shù)是否滿足特定條件
Predicate<AA> p = ClassFunctionals::f7;
boolean result = p.test(new AA());
// 接受兩個參數(shù)，返回 boolean 值，測試兩個參數(shù)是否滿足特定條件
BiPredicate<AA, BB> bip = ClassFunctionals::f8;
result = bip.test(new AA(), new BB());
// 接受一個參數(shù)，返回一個相同類型的結(jié)果，對輸入執(zhí)行單一操作并返回相同類型的結(jié)果，是 Function 的特殊情況
UnaryOperator<AA> uo = ClassFunctionals::f9;
AA aa = uo.apply(new AA());
// 接受兩個相同類型的參數(shù)，返回一個相同類型的結(jié)果，將兩個相同類型的值組合成一個新值，是 BiFunction 的特殊情況
BinaryOperator<AA> bo = ClassFunctionals::f10;
aa = bo.apply(new AA(), new AA());
}
}
以下是用表格整理的非基本類型的函數(shù)式接口：
| 函數(shù)式接口 | 特征 | 用途 | 方法名 |
|---|---|---|---|
| Supplier | 無參數(shù)，返回一個結(jié)果 | 獲取值或?qū)嵗S模式，延遲計算 | T get() |
| Comparator | 接受兩個參數(shù)，返回 int 值 | 比較兩個對象，用于排序和比較操作 | int compare(T o1, T o2) |
| Consumer | 接受一個參數(shù)，無返回值 | 執(zhí)行操作，通常是副作用操作，不需要返回結(jié)果 | void accept(T t) |
| BiConsumer<T, U> | 接受兩個參數(shù)，無返回值 | 執(zhí)行操作，通常是副作用操作，不需要返回結(jié)果，接受兩個參數(shù) | void accept(T t, U u) |
| Function<T, R> | 接受一個參數(shù)，返回一個結(jié)果 | 將輸入?yún)?shù)轉(zhuǎn)換成輸出結(jié)果，如數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換或映射操作 | R apply(T t) |
| BiFunction<T, U, R> | 接受兩個參數(shù)，返回一個結(jié)果 | 將兩個輸入?yún)?shù)轉(zhuǎn)換成輸出結(jié)果，如數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換或映射操作 | R apply(T t, U u) |
| Predicate | 接受一個參數(shù)，返回 boolean 值 | 測試參數(shù)是否滿足特定條件 | boolean test(T t) |
| BiPredicate<T, U> | 接受兩個參數(shù)，返回 boolean 值 | 測試兩個參數(shù)是否滿足特定條件 | boolean test(T t, U u) |
| UnaryOperator | 接受一個參數(shù)，返回一個相同類型的結(jié)果 | 對輸入執(zhí)行單一操作并返回相同類型的結(jié)果，是 Function 的特殊情況 | T apply(T t) |
| BinaryOperator | 接受兩個相同類型的參數(shù)，返回一個相同類型的結(jié)果 | 將兩個相同類型的值組合成一個新值，是 BiFunction 的特殊情況 | T apply(T t1, T t2) |
多參數(shù)函數(shù)式接口
java.util.functional 中的接口是有限的，如果需要 3 個參數(shù)函數(shù)的接口怎么辦？自己創(chuàng)建就可以了，如下：
// 創(chuàng)建處理 3 個參數(shù)的函數(shù)式接口
@FunctionalInterface
public interface TriFunction<T, U, V, R> {
R apply(T t, U u, V v);
}
驗證如下：
public class TriFunctionTest {
static int f(int i, long l, double d) { return 99; }
public static void main(String[] args) {
// 方法引用
TriFunction<Integer, Long, Double, Integer> tf1 = TriFunctionTest::f;
// Lamdba 表達式
TriFunction<Integer, Long, Double, Integer> tf2 = (i, l, d) -> 12;
}
}
高階函數(shù)
高階函數(shù)（Higher-order Function）其實很好理解，并且在函數(shù)式編程中非常常見，它有以下特點：
- 接收一個或多個函數(shù)作為參數(shù)
- 返回一個函數(shù)作為結(jié)果
先來看看一個函數(shù)如何返回一個函數(shù)：
import java.util.function.Function;
interface FuncSS extends Function<String, String> {} // [1] 使用繼承，輕松創(chuàng)建屬于自己的函數(shù)式接口
public class ProduceFunction {
// produce() 是一個高階函數(shù)：既函數(shù)的消費者，產(chǎn)生函數(shù)的函數(shù)
static FuncSS produce() {
return s -> s.toLowerCase(); // [2] 使用 Lambda 表達式，可以輕松地在方法中創(chuàng)建和返回一個函數(shù)
}
public static void main(String[] args) {
FuncSS funcSS = produce();
System.out.println(funcSS.apply("YELLING"));
}
}
然后再看看，如何接收一個函數(shù)作為函數(shù)的參數(shù)：
class One {}
class Two {}
public class ConsumeFunction {
static Two consume(Function<One, Two> onetwo) {
return onetwo.apply(new One());
}
public static void main(String[] args) {
Two two = consume(one -> new Two());
}
}
總之，高階函數(shù)使代碼更加簡潔、靈活和可重用，常見于 Stream 流式編程中
閉包
在 Java 中，閉包通常與 lambda 表達式和匿名內(nèi)部類相關(guān)。簡單來說，閉包允許在一個函數(shù)內(nèi)部訪問和操作其外部作用域中的變量。在 Java 中的閉包實際上是一個特殊的對象，它封裝了一個函數(shù)及其相關(guān)的環(huán)境。這意味著閉包不僅僅是一個函數(shù)，它還攜帶了一個執(zhí)行上下文，其中包括外部作用域中的變量。這使得閉包在訪問這些變量時可以在不同的執(zhí)行上下文中保持它們的值。
讓我們通過一個例子來理解 Java 中的閉包：
public class ClosureExample {
public static void main(String[] args) {
int a = 10;
int b = 20;
// 這是一個閉包，因為它捕獲了外部作用域中的變量 a 和 b
IntBinaryOperator closure = (x, y) -> x * a + y * b;
int result = closure.applyAsInt(3, 4);
System.out.println("Result: " + result); // 輸出 "Result: 110"
}
}
需要注意的是，在 Java 中，閉包捕獲的外部變量必須是 final 或者是有效的 final（即在實際使用過程中保持不變）。這是為了防止在多線程環(huán)境中引起不可預測的行為和數(shù)據(jù)不一致。
函數(shù)組合
函數(shù)組合（Function Composition）意為 “多個函數(shù)組合成新函數(shù)”。它通常是函數(shù)式 編程的基本組成部分。
先看 Function 函數(shù)組合示例代碼：
import java.util.function.Function;
public class FunctionComposition {
static Function<String, String> f1 = s -> {
System.out.println(s);
return s.replace('A', '_');
},
f2 = s -> s.substring(3),
f3 = s -> s.toLowerCase(),
// 重點：使用函數(shù)組合將多個函數(shù)組合在一起
// compose 是先執(zhí)行參數(shù)中的函數(shù)，再執(zhí)行調(diào)用者
// andThen 是先執(zhí)行調(diào)用者，再執(zhí)行參數(shù)中的函數(shù)
f4 = f1.compose(f2).andThen(f3);
public static void main(String[] args) {
String s = f4.apply("GO AFTER ALL AMBULANCES");
System.out.println(s);
}
}
代碼示例使用了 Function 里的 compose() 和 andThen()，它們的區(qū)別如下：
- compose 是先執(zhí)行參數(shù)中的函數(shù)，再執(zhí)行調(diào)用者
- andThen 是先執(zhí)行調(diào)用者，再執(zhí)行參數(shù)中的函數(shù)
輸出結(jié)果：
AFTER ALL AMBULANCES
_fter _ll _mbul_nces
然后，再看一段 Predicate 的邏輯運算演示代碼：
public class PredicateComposition {
static Predicate<String>
p1 = s -> s.contains("bar"),
p2 = s -> s.length() < 5,
p3 = s -> s.contains("foo"),
p4 = p1.negate().and(p2).or(p3); // 使用謂詞組合將多個謂詞組合在一起，negate 是取反，and 是與，or 是或
public static void main(String[] args) {
Stream.of("bar", "foobar", "foobaz", "fongopuckey")
.filter(p4)
.forEach(System.out::println);
}
}
p4 通過函數(shù)組合生成一個復雜的謂詞，最后應用在 filter() 中：
- negate()：取反值，內(nèi)容不包含 bar
- and(p2)：長度小于 5
- or(p3)：或者包含 f3
輸出結(jié)果：
foobar
foobaz
在 java.util.function 中常用的支持函數(shù)組合的方法，大致如下：
| 函數(shù)式接口 | 方法名 | 描述 |
|---|---|---|
| Function<T, R> | andThen | 用于從左到右組合兩個函數(shù)，即：h(x) = g(f(x)) |
| Function<T, R> | compose | 用于從右到左組合兩個函數(shù)，即：h(x) = f(g(x)) |
| Consumer | andThen | 用于從左到右組合兩個消費者，按順序執(zhí)行兩個消費者操作 |
| Predicate | and | 用于組合兩個謂詞函數(shù)，返回一個新的謂詞函數(shù)，滿足兩個謂詞函數(shù)的條件 |
| Predicate | or | 用于組合兩個謂詞函數(shù)，返回一個新的謂詞函數(shù)，滿足其中一個謂詞函數(shù)的條件 |
| Predicate | negate | 用于對謂詞函數(shù)取反，返回一個新的謂詞函數(shù)，滿足相反的條件 |
| UnaryOperator | andThen | 用于從左到右組合兩個一元操作符，即：h(x) = g(f(x)) |
| UnaryOperator | compose | 用于從右到左組合兩個一元操作符，即：h(x) = f(g(x)) |
| BinaryOperator | andThen | 用于從左到右組合兩個二元操作符，即：h(x, y) = g(f(x, y)) |
柯里化
柯里化（Currying）是函數(shù)式編程中的一種技術(shù)，它將一個接受多個參數(shù)的函數(shù)轉(zhuǎn)換為一系列單參數(shù)函數(shù)。
讓我們通過一個簡單的 Java 示例來理解柯里化：
public class CurryingAndPartials {
static String uncurried(String a, String b) {
return a + b;
}
public static void main(String[] args) {
// 柯里化的函數(shù)，它是一個接受多參數(shù)的函數(shù)
Function<String, Function<String, String>> sum = a -> b -> a + b;
System.out.println(uncurried("Hi ", "Ho"));
// 通過鏈式調(diào)用逐個傳遞參數(shù)
Function<String, String> hi = sum.apply("Hi ");
System.out.println(hi.apply("Ho"));
Function<String, String> sumHi = sum.apply("Hup ");
System.out.println(sumHi.apply("Ho"));
System.out.println(sumHi.apply("Hey"));
}
}
輸出結(jié)果：
Hi Ho
Hi Ho
Hup Ho
Hup Hey
接下來我們添加層級來柯里化一個三參數(shù)函數(shù)：
import java.util.function.Function;
public class Curry3Args {
public static void main(String[] args) {
// 柯里化函數(shù)
Function<String,
Function<String,
Function<String, String>>> sum = a -> b -> c -> a + b + c;
// 逐個傳遞參數(shù)
Function<String, Function<String, String>> hi = sum.apply("Hi ");
Function<String, String> ho = hi.apply("Ho ");
System.out.println(ho.apply("Hup"));
}
}
輸出結(jié)果：
Hi Ho Hup
在處理基本類型的時候，注意選擇合適的函數(shù)式接口：
import java.util.function.IntFunction;
import java.util.function.IntUnaryOperator;
public class CurriedIntAdd {
public static void main(String[] args) {
IntFunction<IntUnaryOperator> curriedIntAdd = a -> b -> a + b;
IntUnaryOperator add4 = curriedIntAdd.apply(4);
System.out.println(add4.applyAsInt(5));
}
}
輸出結(jié)果：
9
總結(jié)
Lambda 表達式和方法引用并沒有將 Java 轉(zhuǎn)換成函數(shù)式語言，而是提供了對函數(shù)式編程的支持（Java 的歷史包袱太重了），這些特性滿足了很大一部分的、羨慕 Clojure 和 Scala 這類更函數(shù)化語言的 Java 程序員。阻止了他們投奔向那些語言（或者至少讓他們在投奔之前做好準備）?？傊?，Lambdas 和方法引用是 Java 8 中的巨大改進
以上就是一文帶你了解Java中的函數(shù)式編程的詳細內(nèi)容，更多關(guān)于Java函數(shù)式編程的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！
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