Java 1.8之函數式接口

第一章 函數式接口
1.1 概念
函數式接口在Java中是指：有且僅有一個抽象方法的接口。
函數式接口，即適用於函數式編程場景的接口。而Java中的函數式編程體現就是Lambda，所以函數式接口就是可
以適用於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才能順利地進行推導。
備註：“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
底層的實現原理仍然是迭代器，這便是“語法糖”。從應用層面來講，Java中的Lambda可以被當做是匿名內部
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(可選參數信息);
// 其他非抽象方法內容
}
由於接口當中抽象方法的public abstract 是可以省略的，所以定義一個函數式接口很簡單：
1.3 @FunctionalInterface註解
與@Override 註解的作用類似，Java 8中專門爲函數式接口引入了一個新的註解： @FunctionalInterface 。該注
解可用於一個接口的定義上：
一旦使用該註解來定義接口，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，即使不使用該註解，只要滿足函數式接口的定義，這仍然是一個函數式接口，使用起來都一樣。
1.4 自定義函數式接口
對於剛剛定義好的MyFunctionalInterface 函數式接口，典型使用場景就是作爲方法的參數：
第二章 函數式編程
在兼顧面向對象特性的基礎上，Java語言通過Lambda表達式與方法引用等，爲開發者打開了函數式編程的大門。
下面我們做一個初探。
2.1 Lambda的延遲執行
public interface MyFunctionalInterface {
void myMethod();
}
@FunctionalInterface
public interface MyFunctionalInterface {
void myMethod();
}
public class Demo09FunctionalInterface {
// 使用自定義的函數式接口作爲方法參數
private static void doSomething(MyFunctionalInterface inter) {
inter.myMethod(); // 調用自定義的函數式接口方法
}
public static void main(String[] args) {
// 調用使用函數式接口的方法
doSomething(() ‐> System.out.println("Lambda執行啦！"));
}
}
有些場景的代碼執行後，結果不一定會被使用，從而造成性能浪費。而Lambda表達式是延遲執行的，這正好可以
作爲解決方案，提升性能。
性能浪費的日誌案例
注:日誌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，以便項目的監控和優化。
一種典型的場景就是對參數進行有條件使用，例如對日誌消息進行拼接後，在滿足條件的情況下進行打印輸出：
這段代碼存在問題：無論級別是否滿足要求，作爲log 方法的第二個參數，三個字符串一定會首先被拼接並傳入方
法內，然後纔會進行級別判斷。如果級別不符合要求，那麼字符串的拼接操作就白做了，存在性能浪費。
備註：SLF4J是應用非常廣泛的日誌框架，它在記錄日誌時爲了解決這種性能浪費的問題，並不推薦首先進行
字符串的拼接，而是將字符串的若干部分作爲可變參數傳入方法中，僅在日誌級別滿足要求的情況下才會進
行字符串拼接。例如： LOGGER.debug("變量{}的取值爲{}。", "os", "macOS") ，其中的大括號{} 爲佔位
符。如果滿足日誌級別要求，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的更優寫法
使用Lambda必然需要一個函數式接口：
然後對log 方法進行改造：
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);
}
}
@FunctionalInterface
public interface MessageBuilder {
String buildMessage();
}
public class Demo02LoggerLambda {
private static void log(int level, MessageBuilder builder) {
if (level == 1) {
System.out.println(builder.buildMessage());
}
}
這樣一來，只有當級別滿足要求的時候，纔會進行三個字符串的拼接；否則三個字符串將不會進行拼接。
證明Lambda的延遲
下面的代碼可以通過結果進行驗證：
從結果中可以看出，在不符合級別要求的情況下，Lambda將不會執行。從而達到節省性能的效果。
擴展：實際上使用內部類也可以達到同樣的效果，只是將代碼操作延遲到了另外一個對象當中通過調用方法
來完成。而是否調用其所在方法是在條件判斷之後才執行的。
2.2 使用Lambda作爲參數和返回值
如果拋開實現原理不說，Java中的Lambda表達式可以被當作是匿名內部類的替代品。如果方法的參數是一個函數
式接口類型，那麼就可以使用Lambda表達式進行替代。使用Lambda表達式作爲方法參數，其實就是使用函數式
接口作爲方法參數。
例如java.lang.Runnable 接口就是一個函數式接口，假設有一個startThread 方法使用該接口作爲參數，那麼就
可以使用Lambda進行傳參。這種情況其實和Thread 類的構造方法參數爲Runnable 沒有本質區別。
public static void main(String[] args) {
String msgA = "Hello";
String msgB = "World";
String msgC = "Java";
log(1, () ‐> msgA + msgB + msgC );
}
}
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執行！");
return msgA + msgB + msgC;
});
}
}
類似地，如果一個方法的返回值類型是一個函數式接口，那麼就可以直接返回一個Lambda表達式。當需要通過一
個方法來獲取一個java.util.Comparator 接口類型的對象作爲排序器時,就可以調該方法獲取。
其中直接return一個Lambda表達式即可。
第三章 常用函數式接口
JDK提供了大量常用的函數式接口以豐富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。
3.1 Supplier接口
java.util.function.Supplier<T> 接口僅包含一個無參的方法： T get() 。用來獲取一個泛型參數指定類型的對
象數據。由於這是一個函數式接口，這也就意味着對應的Lambda表達式需要“對外提供”一個符合泛型類型的對象
數據。
public class Demo04Runnable {
private static void startThread(Runnable task) {
new Thread(task).start();
}
public static void main(String[] args) {
startThread(() ‐> System.out.println("線程任務執行！"));
}
}
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));
}
}
3.2 練習：求數組元素最大值
題目
使用Supplier 接口作爲方法參數類型，通過Lambda表達式求出int數組中的最大值。提示：接口的泛型請使用
java.lang.Integer 類。
解答
3.3 Consumer接口
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));
}
}
public class Demo02Test {
//定一個方法,方法的參數傳遞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};
//調用getMax方法,參數傳遞Lambda
int maxNum = getMax(()‐>{
//計算數組的最大值
int max = arr[0];
for(int i : arr){
if(i>max){
max = i;
}
}
return max;
});
System.out.println(maxNum);
}
}
java.util.function.Consumer<T> 接口則正好與Supplier接口相反，它不是生產一個數據，而是消費一個數據，
其數據類型由泛型決定。
抽象方法：accept
Consumer 接口中包含抽象方法void accept(T t) ，意爲消費一個指定泛型的數據。基本使用如：
當然，更好的寫法是使用方法引用。
默認方法：andThen
如果一個方法的參數和返回值全都是Consumer 類型，那麼就可以實現效果：消費數據的時候，首先做一個操作，
然後再做一個操作，實現組合。而這個方法就是Consumer 接口中的default方法andThen 。下面是JDK的源代碼：
備註： java.util.Objects 的requireNonNull 靜態方法將會在參數爲null時主動拋出
NullPointerException 異常。這省去了重複編寫if語句和拋出空指針異常的麻煩。
要想實現組合，需要兩個或多個Lambda表達式即可，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：
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));
}
}
default Consumer<T> andThen(Consumer<? super T> after) {
Objects.requireNonNull(after);
return (T t) ‐> { accept(t); after.accept(t); };
}
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()));
}
}
運行結果將會首先打印完全大寫的HELLO，然後打印完全小寫的hello。當然，通過鏈式寫法可以實現更多步驟的
組合。
3.4 練習：格式化打印信息
題目
下面的字符串數組當中存有多條信息，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
名的動作作爲第一個Consumer 接口的Lambda實例，將打印性別的動作作爲第二個Consumer 接口的Lambda實
例，將兩個Consumer 接口按照順序“拼接”到一起。
解答
3.5 Predicate接口
有時候我們需要對某種類型的數據進行判斷，從而得到一個boolean值結果。這時可以使用
java.util.function.Predicate<T> 接口。
抽象方法：test
Predicate 接口中包含一個抽象方法： boolean test(T t) 。用於條件判斷的場景：
public static void main(String[] args) {
String[] array = { "迪麗熱巴,女", "古力娜扎,女", "馬爾扎哈,男" };
}
import java.util.function.Consumer;
public class DemoConsumer {
public static void main(String[] args) {
String[] array = { "迪麗熱巴,女", "古力娜扎,女", "馬爾扎哈,男" };
printInfo(s ‐> System.out.print("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); // 姓名：迪麗熱巴。性別：女。
}
}
}
條件判斷的標準是傳入的Lambda表達式邏輯，只要字符串長度大於5則認爲很長。
默認方法：and
既然是條件判斷，就會存在與、或、非三種常見的邏輯關係。其中將兩個Predicate 條件使用“與”邏輯連接起來實
現“並且”的效果時，可以使用default方法and 。其JDK源碼爲：
如果要判斷一個字符串既要包含大寫“H”，又要包含大寫“W”，那麼：
默認方法：or
與and 的“與”類似，默認方法or 實現邏輯關係中的“或”。JDK源碼爲：
import java.util.function.Predicate;
public class Demo15PredicateTest {
private static void method(Predicate<String> predicate) {
boolean veryLong = predicate.test("HelloWorld");
System.out.println("字符串很長嗎：" + veryLong);
}
public static void main(String[] args) {
method(s ‐> s.length() > 5);
}
}
default Predicate<T> and(Predicate<? super T> other) {
Objects.requireNonNull(other);
return (t) ‐> test(t) && other.test(t);
}
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("字符串符合要求嗎：" + isValid);
}
public static void main(String[] args) {
method(s ‐> s.contains("H"), s ‐> s.contains("W"));
}
}
default Predicate<T> or(Predicate<? super T> other) {
Objects.requireNonNull(other);
return (t) ‐> test(t) || other.test(t);
}
如果希望實現邏輯“字符串包含大寫H或者包含大寫W”，那麼代碼只需要將“and”修改爲“or”名稱即可，其他都不
變：
默認方法：negate
“與”、“或”已經瞭解了，剩下的“非”（取反）也會簡單。默認方法negate 的JDK源代碼爲：
從實現中很容易看出，它是執行了test方法之後，對結果boolean值進行“!”取反而已。一定要在test 方法調用之前
調用negate 方法，正如and 和or 方法一樣：
3.6 練習：集合信息篩選
題目
數組當中有多條“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：
1. 必須爲女生；
2. 姓名爲4個字。
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("字符串符合要求嗎：" + isValid);
}
public static void main(String[] args) {
method(s ‐> s.contains("H"), s ‐> s.contains("W"));
}
}
default Predicate<T> negate() {
return (t) ‐> !test(t);
}
import java.util.function.Predicate;
public class Demo17PredicateNegate {
private static void method(Predicate<String> predicate) {
boolean veryLong = predicate.negate().test("HelloWorld");
System.out.println("字符串很長嗎：" + veryLong);
}
public static void main(String[] args) {
method(s ‐> s.length() < 5);
}
}
解答
3.7 Function接口
java.util.function.Function<T,R> 接口用來根據一個類型的數據得到另一個類型的數據，前者稱爲前置條件，
後者稱爲後置條件。
抽象方法：apply
Function 接口中最主要的抽象方法爲： R apply(T t) ，根據類型T的參數獲取類型R的結果。
使用的場景例如：將String 類型轉換爲Integer 類型。
public class DemoPredicate {
public static void main(String[] args) {
String[] array = { "迪麗熱巴,女", "古力娜扎,女", "馬爾扎哈,男", "趙麗穎,女" };
}
}
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.function.Predicate;
public class DemoPredicate {
public static void main(String[] args) {
String[] array = { "迪麗熱巴,女", "古力娜扎,女", "馬爾扎哈,男", "趙麗穎,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;
}
}
當然，最好是通過方法引用的寫法。
默認方法：andThen
Function 接口中有一個默認的andThen 方法，用來進行組合操作。JDK源代碼如：
該方法同樣用於“先做什麼，再做什麼”的場景，和Consumer 中的andThen 差不多：
第一個操作是將字符串解析成爲int數字，第二個操作是乘以10。兩個操作通過andThen 按照前後順序組合到了一
起。
請注意，Function的前置條件泛型和後置條件泛型可以相同。
3.8 練習：自定義函數模型拼接
題目
請使用Function 進行函數模型的拼接，按照順序需要執行的多個函數操作爲：
String str = "趙麗穎,20";
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));
}
}
default <V> Function<T, V> andThen(Function<? super R, ? extends V> after) {
Objects.requireNonNull(after);
return (T t) ‐> after.apply(apply(t));
}
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);
}
}
1. 將字符串截取數字年齡部分，得到字符串；
2. 將上一步的字符串轉換成爲int類型的數字；
3. 將上一步的int數字累加100，得到結果int數字。
解答
import java.util.function.Function;
public class DemoFunction {
public static void main(String[] args) {
String str = "趙麗穎,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);
}
}