Java函数式编程教程（一）：序章，函数式编程来了

翻译：GentlemanTsao， 2020-06-23

Java函数式编程是指Java中的函数式编程。 从历史上看，用Java编写函数式编程并非易事，函数式编程的某些方面在Java中甚至不可能实现。 在Java 8中，Oracle致力于使函数式编程更容易，并且在一定程度上取得了成功。 在本Java函数式编程教程中，我将介绍函数式编程的基础知识，以及Java中可以实现的部分。

函数式编程基础知识

函数式编程包含以下关键概念：

• 函数作为第一等对象
• 纯函数
• 高阶函数

纯函数式编程也有一组规则要遵循：

• 无状态
• 无副作用
• 不可变变量
• 递归优先于循环

这些概念和规则将在本教程接下来的部分中进行解释。

即使没有一直遵循所有的这些规则，你仍然可以使应用程序从函数式编程思想中受益。 你会发现，函数式编程并不是万金油。 特别是“无副作用”的想法使它很难实现诸如写入数据库的操作（这是副作用）。 你需要了解函数式编程最擅长解决哪些问题，而不擅长哪些。

函数作为第一等对象

在函数式编程范例中，函数是语言中的第一等对象。 这意味着你可以创建函数的“实例”，就像变量引用该函数实例一样，就像对String，Map或任何其他对象的引用一样。 函数也可以作为参数传递给其他函数。

在Java中，函数不是第一等对象。 与之最接近的是Java Lambda表达式。

纯函数

函数是纯函数的条件:

• 该函数的执行没有副作用。
• 函数的返回值仅取决于传递给函数的输入参数。

这是Java中纯函数（方法）的示例：

public class ObjectWithPureFunction{

    public int sum(int a, int b) {
        return a + b;
    }
}

注意sum（）函数的返回值仅取决于输入参数。 还要注意sum（）没有副作用，这意味着它不会在任何地方修改函数外的任何状态（变量）。

相反，这是一个非纯函数的示例：

public class ObjectWithNonPureFunction{
    private int value = 0;

    public int add(int nextValue) {
        this.value += nextValue;
        return this.value;
    }
}

请注意，add（）方法使用成员变量来计算其返回值，并且还修改了value成员变量的状态，因此具有副作用。

高阶函数

如果至少满足以下条件之一，则该函数为高阶函数：

• 该函数将一个或多个函数作为参数。
• 该函数返回另一个函数作为结果。

在Java中，最接近高阶函数的是函数（方法）将一个或多个lambda表达式作为参数，然后返回另一个lambda表达式。 这是Java中高阶函数的示例：

public class HigherOrderFunctionClass {

    public <T> IFactory<T> createFactory(IProducer<T> producer, IConfigurator<T> configurator) {
        return () -> {
           T instance = producer.produce();
           configurator.configure(instance);
           return instance;
        }
    }
}

请注意，createFactory（）方法返回lambda表达式作为结果。 这是高阶函数的第一个条件。

还要注意，createFactory（）方法将两个实例作为参数，它们都是接口的实现（IProducer和IConfigurator）。 Java lambda表达式必须实现功能接口，还记得吗？

设想接口看起来像这样：

public interface IFactory<T> {
   T create();
}

public interface IProducer<T> {
   T produce();
}

public interface IConfigurator<T> {
   void configure(T t);
}

如你所见，所有这些接口都是函数式接口。 因此它们可以通过Java lambda表达式实现。因此createFactory（）方法是一个高阶函数。

无状态

如本教程开头所提到的，函数式编程范例的规则是没有状态。 “无状态”通常是指函数外部没有状态。 一个函数内部可能具有包含临时状态的局部变量，但是该函数不能引用该函数所属的类或对象的任何成员变量。

下面的示例是不使用外部状态的函数：

public class Calculator {
    public int sum(int a, int b) {
       return a + b;
    }
}

相反，这是一个使用外部状态的函数的示例：

public class Calculator {
    private int initVal = 5;
    public int sum(int a) {
       return initVal + a;
    }
}

此函数明显违反了无状态规则。

无副作用

函数式编程范例中的另一个规则是没有副作用。 指的是函数无法更改函数外部的任何状态。更改函数外部的状态称为副作用。

函数外部的状态既指函数中的类或对象的成员变量，也指函数内部参数中的成员变量，或指外部系统（如文件系统或数据库）中的状态。

不可变变量

功能编程范例中的第三条规则是不可变变量。 不可变变量更容易避免副作用。

递归优先于循环

函数式编程范例中的第四个规则是优先使用递归而非循环。 递归使用函数调用来实现循环，因此代码变得更函数式。

循环的另一种替代方法是Java Streams API。 此API基于函数式思想。

函数式接口

Java中的函数式接口是只有一个抽象方法的接口。 抽象方法是指只有方法而没有方法实现。 一个接口可以有多种方法，例如 默认方法和静态方法，都有实现，但是只要接口只有一个未实现的方法，则该接口被视为函数式接口。

下面是函数式接口的示例：

public interface MyInterface {
    public void run();
}

这是另一个示例，具有默认方法和静态方法的函数式接口：

public interface MyInterface2 {
    public void run();

    public default void doIt() {
        System.out.println("doing it");
    }

    public static void doItStatically() {
        System.out.println("doing it statically");
    }
}

注意这里实现了两个方法。 但这仍然是一个函数式接口，因为只有run（）（抽象）未实现。 但是，如果有更多方法没有实现，则该接口将不再是函数式接口，因此无法由Java lambda表达式实现。

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Java函数式编程教程（二）：Java高阶函数