Java教程：一文详解函数式编程
看懂了这篇-你就懂了函数式接口
函数式编程是一种编程规范或一种编程思想，简单可以理解问将运算或实现过程看做是函数的计算。 Java8为了实现函数式编程，提出了3个重要的概念：Lambda表达式、方法引用、函数式接口。现在很多公司都在使用lambda表达式进行代码编写，甚至知名的Java的插件也都在Lambda，比如数据库插件MybatisPlus。Lambda表达式的使用是需要函数式接口的支持，即lambda表达式的核心就是使用大量的函数式接口。本文带领大家全面了解函数式接口的定义和使用。
一、文章导读
- 函数式接口概述
- 自定义函数式接口
- 常用函数式接口
- 函数式接口的练习
二、函数式接口概述
1.函数式接口定义
如果接口里只有一个抽象方法，那么就是函数式接口，可以使用注解(@FunctionalInterface)检测该接口是否是函数式接口，即只能有一个抽象方法。
注意事项
函数式接口里可以定义默认方法：默认方法有方法体,不是抽象方法,符合函数式接口的定义要求。
函数式接口里可以定义静态方法：静态方法也不是抽象方法,是一个有具体方法实现的方法,同样也符合函数式接口的定义的。
函数式接口里可以定义Object里的public方法(改成抽象方法)：虽然它们是抽象方法,却不需要覆盖重写,因为所有接口的实现类都是Object类的子类,而在Object类中有这些方法的具体的实现。
2.函数式接口格式
修饰符 interface 接口名称 {
//抽象方法
public abstract 返回值类型 方法名称(可选参数信息);
//默认方法
public default 返回值类型 方法名称(可选参数信息) {
//代码...
}
//静态方法
public static 返回值类型 方法名称(可选参数信息) {
//代码...
}
//Object类的public方法变成抽象方法
public abstract boolean equals(Object obj);
public abstract String toString();
}
三、自定义函数式接口
1.自定义函数式接口举例
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：
@FunctionalInterface
public interface MyFunctionalInterface {
//抽象方法
public abstract void method();
//Object类的public方法变成抽象方法
public abstract boolean equals(Object obj);
public abstract String toString();
//默认方法
public default void show(String s) {
//打印小写
System.out.println(s.toLowerCase());
}
//静态方法
public static void print(String s) {
//打印大写
System.out.println(s.toUpperCase());
}
}
2.自定义函数式接口的应用
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 Demo01FunctionalInterface {
public static void main(String[] args) {
// 调用使用函数式接口的方法
show(()->{
System.out.println("Lambda执行了");
});
}
//定义方法使用函数式接口作为参数
public static void show(MyFunctionalInterface mfi) {
//调用自己定义的函数式接口
mfi.method();
String s = mfi.toString();
System.out.println(s);
boolean result = mfi.equals(mfi);
System.out.println(result);
mfi.show("world");
MyFunctionalInterface.print("function");
}
}
3.运行结果:
Lambda执行了
Demo01FunctionalInterface$$Lambda$1/1078694789@3d075dc0
true
world
FUNCTION
四、常用函数式接口
前面我们自己定义了一个函数式接口,对于一些常用的函数式接口,每次自己定义非常麻烦。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。这样的接口有很多，下面是最简单的几个接口及使用示例。
1. Supplier接口
java.util.function.Supplier接口，它意味着"供给" , 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。
1.1.抽象方法 : get
Supplier`接口中包含一个抽象方法` T get(): 用来获取一个泛型参数指定类型的对象数据。
public class Demo02Supplier {
public static void main(String[] args) {
int num = getNum(() -> {
return new Random().nextInt();
});
System.out.println(num);
}
public static int getNum(Supplier<Integer> supplier) {
int num = supplier.get();
return num;
}
}
1.2.求集合元素最大值
使用Supplier接口作为方法参数类型，通过Lambda表达式求出List集合(存储int数据)中的最大值。提示：接口的泛型请使用java.lang.Integer类。
代码示例:
public class Demo03Supplier {
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list = new ArrayList<>();
Collections.addAll(list,10,8,20,3,5);
printMax(()->{
return Collections.max(list);
});
}
private static void printMax(Supplier<Integer> supplier) {
int max = supplier.get();
System.out.println(max);
}
}
2. Consumer接口
java.util.function.Consumer接口则正好相反，它不是生产一个数据，而是消费一个数据，其数据类型由泛型参数决定。
2.1.抽象方法：accept
Consumer接口中包含抽象方法void accept(T t): 消费一个指定泛型的数据。
代码示例:
import java.util.function.Consumer;
//接收一个输入参数x,把x的值扩大2倍后,再+3做输出
//类似于数学中的函数: f(x) = 2*x + 3
public class Demo04Consumer {
public static void main(String[] args) {
int x = 3;
consumeIntNum(x,(Integer num)->{
System.out.println(2*num+3);
});
}
/*
定义方法,使用函数式接口Consumer作为方法参数
*/
private static void consumeIntNum(int num,Consumer<Integer> function ) {
function.accept(num);
}
}
2.2.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：消费一个数据的时候，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.Objects的requireNonNull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。
andThen是默认方法,由Consumer的对象调用,而且参数和返回值都是Consumer对象
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：
代码示例:
//接收一个字符串,先按照大写打印,再按照小写打印
/*
toUpperCase(): 把字符串变成大写
toLowerCase(): 把字符串变成小写
*/
public class Demo05Consumer {
public static void main(String[] args) {
String s = "Hello";
//lambda标准格式
fun(s, (String str) -> {
System.out.println(s.toUpperCase());
}, (String str) -> {
System.out.println(s.toLowerCase());
});
}
/*
定义方法,参数是Consumer接口
因为要消费两次,所以需要两个Consumer接口作为参数
*/
public static void fun(String s, Consumer<String> con1, Consumer<String> con2) {
//先消费一次
con1.accept(s);
//再消费一次
con2.accept(s);
}
}
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。但是我们却没有使用andThen方法,其实我上面的写法,就是andThen底层的代码实现。
为了方便大家理解,下面我们使用andThen方法进行演示。
public class Demo06Consumer {
public static void main(String[] args) {
String s = "HelloWorld";
//2.lambda标准格式
fun(s, (String str) -> {
System.out.println(s.toUpperCase());
}, (String str) -> {
System.out.println(s.toLowerCase());
});
}
/*
定义方法,参数是Consumer接口
因为要消费两次,所以需要两个Consumer接口作为参数
*/
public static void fun(String s, Consumer<String> con1, Consumer<String> con2) {
con1.andThen(con2).accept(s);
}
}
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。
andThen原理分析图解：
注意:
1.con1调用andThen方法,传递参数con2,所以anThen方法内部的this就是con1,after就是con2
2.andThen方法内部调用accept方法,前面隐藏了一个this,this代表调用andThen方法的对象,就是con1
3.andThen方法内部的t是谁?就是最后调用方法accept传递的s
this.accept(t) <==> con1.accept(s) ①
4.con1调用andThen方法时传递的参数是con2,所以andThen方法内部的after就是con2
after.accept(t) <==> con2.accept(s) ②
5.通过分析,我们发现①和②中的内容,就是之前不用andThen方法,自己进行调用的过程
6.以上分析,仍然是按照面向对象中方法调用的思路展开的,但实质上,我们要注意,Consumer接口中的andThen方法,返回的是一个Consumer,里面采用的是lambda表达式,其实是在做函数模型的拼接,把两个函数模型con1和con2拼接出一个新的模型,返回新的模型。所以con1.andThen(con2)是把con1和con2拼接成一个新的Consumer,返回的是lambda表达式的形式
最后调用accept(s)方法时,其实执行的是lambda表达式{}中的代码
3. Function接口
java.util.function.Function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。有进有出，所以称为“函数Function”。
3.1.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。
代码示例:
将String类型转换为Integer类型。
/*
java.util.function.Function: 转换型接口
泛型T: 转换前的类型
泛型R: 转换后的类型
抽象方法:
R apply(T t): 根据类型T的参数获取类型R的结果 把参数t转换成R类型的结果
"123" --> 123
需求:
给你一个String类型的数字,给我转换成int数字
分析:
用Function接口
T: 转换前的类型, String
R: 转换后的类型, Integer
*/
public class Demo07Function {
public static void main(String[] args) {
String s = "123";
//lambda标准格式
fun(s,(String str)->{return Integer.parseInt(str);});
}
/*
定义方法,使用Function接口作为参数
*/
public static void fun(String s,Function<String,Integer> function) {
Integer num = function.apply(s);
System.out.println(num);
}
}
3.2.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：
代码示例:
将String的数字,转成int数字,再把int数字扩大10倍
/*
java.util.function.Function: 转换型接口
泛型T: 转换前的类型
泛型R: 转换后的类型
默认方法:
default Function andThen(Function after):
先转换一次,再转换一次,一个挨着一个
"123" --> 123 --> 1230 (扩大了10倍)
需求:
给你一个String类型的数字,
给我转先换成int数字
再给我把int数字扩大10倍
分析:
用2个Function接口
第一个Function接口
T: 转换前的类型, String
R: 转换后的类型, Integer
第二个Function接口:
T: 转换前的类型, Integer
R: 转换后的类型, Integer
*/
public class Demo08Function {
public static void main(String[] args) {
String s = "123";
//lambda标准格式
fun(s,(String str)->{
return Integer.parseInt(str);
},(Integer num) -> {
return num*10;
});
}
/*
定义一个方法,有两个Function接口作为参数
*/
public static void fun(String s,Function<String,Integer> fun1,Function<Integer,Integer> fun2) {
//1.先转换一次
Integer num1 = fun1.apply(s);
//2.再转换一次
Integer num2 = fun2.apply(num1);
System.out.println(num2);
}
}
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。运行结果将会打印1230。但是我们却没有使用andThen方法,其实我上面的写法,就是andThen底层的代码实现。
请注意，Function的前置条件泛型和后置条件泛型可以相同。
为了方便大家理解,下面我们使用andThen方法进行演示
public class Demo09Function {
public static void main(String[] args) {
String s = "123";
//lambda标准格式
fun(s,(String str)->{
return Integer.parseInt(str);
},(Integer num) -> {
return num*10;
});
}
/*
定义一个方法,有两个Function接口作为参数
*/
public static void fun(String s,Function fun1,Function fun2) {
Integer num3 = fun1.andThen(fun2).apply(s);
System.out.println(num3);
}
}
运行结果仍然是1230。
andThen原理分析图解：
注意:
1.fun1调用andThen方法传递参数fun2,所以andThen方法内部的this就是fun1,after就是fun2
2.andThen方法内部直接调用apply方法,前面隐藏了一个this,this代表调用andThen方法的对象,就是fun1
3.andThen方法内部的t是谁?就是最后调用方法apply传递的s
this.apply(t) <==> Integer num1 = fun1.apply(s) ①
4.fun1调用andThen方法时传递的参数是fun2,所以andThen方法内部的after就是fun2
after.apply(this.apply(t)) <==> Integer num2 = fun2.apply(num1) ②
5.通过分析,我们发现①和②中的内容,就是之前不用andThen方法,我们自己进行调用的过程
6.以上分析,仍然是按照面向对象中方法调用的思路展开的,但实质上,我们要注意,Function接口中的andThen方法,返回的是一个Function,里面采用的是lambda表达式,其实是在做函数模型的拼接,把两个函数模型fun1和fun2拼接出一个新的模型,返回新的模型。所以fun1.andThen(fun2)是把fun1和fun2拼接成一个新的Function,返回的是lambda表达式的形式
最后调用accept(s)方法时,其实执行的是lambda表达式{}中的代码
4. 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接口。
4.1.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：
//1.练习:判断字符串长度是否大于5
//2.练习:判断字符串是否包含"H"
public class Demo10Predicate {
public static void main(String[] args) {
String str = "helloWorld";
//1.练习:判断字符串长度是否大于5
//lambda标准格式
fun(str,(String s)->{return s.length()>5;});
System.out.println("-----------------");
//2.练习:判断字符串是否包含"H"
//lambda标准格式
fun(str,(String s)->{return s.contains("H");});
}
/*
定义一个方法,参数是Predicate接口
*/
public static void fun(String s,Predicate<String>predicate) {
boolean result = predicate.test(s);
System.out.println(result);
}
}
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。
4.2.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);
}
代码示例:
判断一个字符串既要包含大写“H”，又要包含大写“W”
public class Demo11Predicate {
public static void main(String[] args) {
String str = "HelloWorld";
//1.练习:判断一个字符串既要包含大写“H”，又要包含大写“W”
//lambda标准格式
fun1(str,(String s)->{return s.contains("H");},(String s)->{return s.contains("W");});
System.out.println("------------");
fun2(str,(String s)->{return s.contains("H");},(String s)->{return s.contains("W");});
}
/*
演示and方法
需要两个Predicate作为参数
fun1方法没有使用and方法,就是p1和p2分别调用test方法,
然后把结果进行&&运算--其实这是and方法的底层实现
*/
public static void fun(String s,Predicate<String> p1,Predicate<String> p2) {
//先判断一次
boolean result1 = p1.test(s);
//再判断一次
boolean result2 = p2.test(s);
//进行&&运算
boolean result = result1&&result2;
System.out.println(result);
}
/*
演示and方法
需要两个Predicate作为参数
*/
public static void fun2(String s,Predicate<String> p1,Predicate<String> p2) {
boolean result = p1.and(p2).test(s);
System.out.println(result);
}
}
4.3.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);
}
代码示例:
字符串包含大写H或者包含大写W”
public class Demo12Predicate {
public static void main(String[] args) {
String str = "Helloworld";
//1.练习:判断一个字符串包含大写“H”或者包含大写“W”
//lambda标准格式
fun1(str,(String s)->{return s.contains("H");},(String s)->{return s.contains("W");});
System.out.println("------------");
fun2(str,(String s)->{return s.contains("H");},(String s)->{return s.contains("W");});
}
/*
演示or方法
需要两个Predicate作为参数
fun1方法没有使用or方法,就是p1和p2分别调用test方法,
然后把结果进行||运算--其实这是or方法的底层实现
*/
public static void fun(String s,Predicate<String> p1,Predicate<String> p2) {
//先判断一次
boolean result1 = p1.test(s);
//再判断一次
boolean result2 = p2.test(s);
//进行||运算
boolean result = result1||result2;
System.out.println(result);
}
/*
演示or方法
需要两个Predicate作为参数
*/
public static void fun2(String s,Predicate<String> p1,Predicate<String> p2) {
boolean result = p1.or(p2).test(s);
System.out.println(result);
}
}
关于and和or方法的原理,可以参考andThen方法原理
4.4.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 Demo13Predicate {
private static void method(Predicate<String> predicate,String str) {
boolean veryLong = predicate.negate().test(str);
System.out.println("字符串很长吗：" + veryLong);
}
public static void main(String[] args) {
method(s -> s.length() < 5, "Helloworld");
}
}
五、总结
本文通过具体的例子，演示了函数式接口的定义和使用。以及常用的函数式接口。并给出了相关的练习题目。对于部分函数式接口中的默认方法，进行了图解分析，让你更加深刻的理解函数式接口的思想和目的。在以后实际的编程过程中，对于集合的操作,可以通过Stream流完成,而Stream流中的很多方法的参数都是函数式接口,通过本文的学习,你已经掌握了函数式接口的使用,相信后面学习Stream流是非常容易的。