响应式编程开源库 RxJava2——关键名词

上一篇响应式编程开源库 RxJava2——起源
)主要是对RxJava的来源，以及Observble和Observer和一些相关联的基本概念简介。上篇文章应该能基本了解观察者模式，接下来就需要更深入了解其他重要名词——函数式接口、默认方法、纯函数、函数的副作用、高阶函数、可变的和不可变的、函数式编程和 Lambda 表达式。

1.函数式接口

一言以蔽之，函数式接口是有且只有一个抽象方法的接口。换言之，任何拥有唯一抽象方法的接口都可以被称为函数式接口。可以用注解 @FunctionalInterface标明，也可忽略注解。在 Java 8 里，我们可以在接口中定义一个包含方法体的方法，这个方法叫默认方法，如下面所示。

@FunctionalInterface
public interface Test {
    void test();
    default void test2(){
    }
}

如果接口定义默认方法或者继承并重写 java.lang.Object 类里的任何方法。那个接口还是函数式接口，这是因为在Java中所有类都是 Object的子类的。

@FunctionalInterface
public interface Test {
    void test();
    default void test2(){
    }
    @Override
    String toString();
}

所以函数式接口满足下列三个条件：
只有一个抽象方法 － 可以有默认方法 － 可以使用 java.lang.Object的方法。
在 Java 8 里有一个新的工具包 java.util.function。在这个包里，所有的接口都是函数式接口。当我们需要用到流（Stream） API 时，这个工具包很有用。
关于Java8中的Stream API额外提一下，它必须是在SDK版本大于24才能使用。这是一个强大的API，能将Java中所有实现Iterable接口的类转变为数据流，在Java中也就是所有集合，都能转变为数据流。并且能方便对数据流做出相应操作，例如将集合中的值转换并把流中的每个数据执行打印操作。

List list=new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            list.add(i);
        }
list.stream().map(new Function() {
            @Override
            public String apply(Integer integer) {
                return integer+"转换int->String";
            }
        }).forEach(new Consumer() {
            @Override
            public void accept(String s) {
                Log(s);
            }
        });
2019-05-09 18:03:39.494 30878-30878/com.example.studyrx I/Study RxJava: 0转换int->String
2019-05-09 18:03:39.494 30878-30878/com.example.studyrx I/Study RxJava: 1转换int->String
2019-05-09 18:03:39.494 30878-30878/com.example.studyrx I/Study RxJava: 2转换int->String
2019-05-09 18:03:39.494 30878-30878/com.example.studyrx I/Study RxJava: 3转换int->String
2019-05-09 18:03:39.494 30878-30878/com.example.studyrx I/Study RxJava: 4转换int->String
2019-05-09 18:03:39.494 30878-30878/com.example.studyrx I/Study RxJava: 5转换int->String
2019-05-09 18:03:39.494 30878-30878/com.example.studyrx I/Study RxJava: 6转换int->String
2019-05-09 18:03:39.494 30878-30878/com.example.studyrx I/Study RxJava: 7转换int->String
2019-05-09 18:03:39.494 30878-30878/com.example.studyrx I/Study RxJava: 8转换int->String
2019-05-09 18:03:39.494 30878-30878/com.example.studyrx I/Study RxJava: 9转换int->String

2.纯函数

首先我们要理解什么是函数。在Java中函数也叫方法，是具备特定功能的一段代码块，解决了重复性代码的问题，目的是为了提高程序的复用性和可读性。
现在忘掉这个概念，我们从纯数学的方面理解函数。
函数的定义：给定一个数集A，假设其中的元素为x。现对A中的元素x施加对应法则f，记作f（x），得到另一数集B。假设B中的元素为y。则y与x之间的等量关系可以用y=f（x）表示。函数概念含有三个要素：定义域A、值域C和对应法则f。其中核心是对应法则f，它是函数关系的本质特征。
一个根据输入决定输出的方程式，就是函数。如 f(x) = x+3。
数学中对于给定的输入值，会得到唯一的结果，这就叫纯函数。但是编程中的函数给同样的输入可以有不同的输出，因为它依赖于其它数值。比如我们计算汇率：

public float convertRMB2Dollar(int RMB){
        return RMB*getTodayRateFromAPI();
    }

所以编程语言中的纯函数是返回值由它的输入值决定，而且没有明显可见的副作用。
输入输出数据流全是显式（Explicit）的。 显式（Explicit）的意思是，函数与外界交换数据只有一个唯一渠道——参数和返回值。函数从函数外部接受的所有输入信息都通过参数传递到该函数内部。函数输出到函数外部的所有信息都通过返回值传递到该函数外部。

3.函数的副作用

任何不纯的函数叫非纯函数，它可能产生副作用。或者一些函数本身是纯函数（指对于给定的输入值可以得出相同的输出值），但是如果它在产生结果的时候与外界发生了数据交换，那么我们就不能说这是一个纯函数。
第一类非纯函数的典型就是 Random 函数。对于给定的一个输入值，它总是返回不同的结果。
第二类副作用的典型是 println() ，它是一个非纯的函数。因为它将输出值转去了输入输出设备（而不是作为函数返回值输出），所以产生了副作用。任何纯函数一旦用 println() 来注释打印，那它就不再是纯函数了。
纯函数：

public int squre(int x){
    return x*x;
}

因为副作用而非纯的的函数：

public int squre(int x){
    System.out.println(x*x);
    return x*x;
}

非纯函数(与外界数据交换)：

public void login(String username, String password, Callback c){
    API.login(username, password, callback);
}

函数副作用指当调用函数时，除了返回函数值之外，还对主调用函数产生附加的影响。例如修改全局变量（函数外的变量）或修改参数。

4.Java 可变对象和不可变对象

不可变对象(Immutable Objects)即对象一旦被创建它的状态（对象的数据，也即对象属性值）就不能改变，反之即为可变对象(Mutable Objects)。
不可变对象的类即为不可变类(Immutable Class)。Java平台类库中包含许多不可变类，如String、基本类型的包装类、BigInteger和BigDecimal等。

不可变对象有很多优缺点:
　　构造、测试和使用都很简单
　　线程安全且没有同步问题，不需要担心数据会被其它线程修改
　　当用作类的属性时不需要保护性拷贝
　　可以很好的用作Map键值和Set元素
　　不可变对象最大的缺点就是创建对象的开销，因为每一步操作都会产生一个新的对象。
可以遵照以下几点来编写一个不可变类:
　　确保类不能被继承 - 将类声明为final, 或者使用静态工厂并声明构造器为private
　　声明属性为private 和 final
　　不要提供任何可以修改对象状态的方法 - 不仅仅是set方法, 还有任何其它可以改变状态的方法
　　如果类有任何可变对象属性, 那么当它们在类和类的调用者间传递的时候必须被保护性拷贝
下面举例感受可变和不可变：

int array []= {1,2,3,4,5};
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
    array[i] = array[i] * 2;
}

在 Java 或者命令式编程中，上面的代码是可变的。它改变了原本的数组值。但是在函数式编程里，如果我做了同样的事情，我总是获得与 2 相乘后的数值组成的新数组，而我原来的数据仍然保持不变。

Integer array []= {1,2,3,4,5};
Arrays.stream(array).map(v->v*2).forEach(i-> System.out.print(i+" "));
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
    System.out.print(array[i]+ " ");
}

那么可变和不可变有什么用，这里简单举例：

public static void main(String[] args) {

        Integer array []= {1,2,3,4,5};
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < array.length; i++) {
                    array[i] = array[i]+1;
                }
            }
        }).start();
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            System.out.println(square(array[i]));
        }
    }
    public static int square(int a){
        return a*a;
    }

在这段代码里我们使用了子线程对数组做+1操作，在主线程对数组做平方操作。作为开发者，我们知道这里的打印结果根本不可控制。例如我运行后是如下结果：

这时候数据是可变的。那么现在对数据的不可变性进行严格控制。会是什么结果？

public static void main(String[] args) {

        Integer array []= {1,2,3,4,5};
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                Observable.fromArray(array)
                        .map(integer -> integer+1)
                        .subscribe(integer -> {});
            }
        }).start();

        Observable.fromArray(array)
                .map(integer -> square(integer))
                .subscribe(integer -> System.out.println(integer));

    }

    public static int square(int a){
        return a*a;
    }

这时候因为我的程序没有对数组做直接改变，而是拷贝了我的数据。这时候数组是不可变的。这就能避免很多问题，比如这里的线程安全问题，我们根本不用考虑。

5.高阶函数

在数学和计算机科学中，高阶函数是至少满足下列一个条件的函数:

• 接受一个或多个函数作为输入
• 输出一个函数

数学

在数学中它们叫算子(运算符)或泛函。微积分中的导数就是常见的例子，因为它映射一个函数到另一个函数。

计算机科学

在无类型 lambda演算，所有函数都是高阶的；在有类型 lambda演算（大多数函数式编程语言都从中演化而来）中，高阶函数一般是那些函数型别包含多于一个箭头的函数。在函数式编程中，返回另一个函数的高阶函数被称为柯里化的函数。
在很多函数式编程语言中能找到的 map 函数是高阶函数的一个例子。它接受一个函数 f 作为参数，并返回接受一个列表并应用 f 到它的每个元素的一个函数。
在编程中，拥有至少一个函数类型为参数的函数，或着返回一个函数的函数叫做高阶函数。函数式编程就是指这种高度抽象的编程范式。
上面所介绍的的纯函数，高阶函数，不可变的都是函数式范式。在面向对象编程时我们经常要管理对象的状态，但是在函数式程序里，我们有数据，管理好了不可变性，我们可以大胆地做运算。
进入Lambda表达式之前先复习下之前的内容：
函数式接口 － 有且仅有一个抽象方法的接口，可以有默认方法，可以包含Object的方法。
默认方法 － 在 Java 8 里，我们可以在接口中定义有方法体的方法，这些叫默认方法。
纯函数 － 一个函数的返回值仅由输入值决定，没有明显可见的副作用，函数与外界交换数据只有一个唯一渠道——参数和返回值。
高阶函数 - 拥有至少一个函数类型为参数的函数，或着返回一个函数的函数叫做高阶函数。

6.Lambda 表达式

在计算机编程中，lambda 表达式，也叫匿名函数，是指一类无需定义标识符（函数名）的函数或子程序。
我们对一个控件设置监听是这样写的：

text.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View v) {
            }
        });

而通过Lambda表达式书写就是：

text.setOnClickListener(v -> {
        });

初学的话会很难理解，很难看懂。初学的时候真的很困惑，编译器是如何知道我这里在做什么。这里就是函数式接口的运用了，编译时接口中只有一个方法，Java 自动知道‘v'是一个 View。这个接口只有一个抽象方法，它的参数是一个 view，如下所示

public interface OnClickListener {
        /**
         * Called when a view has been clicked.
         *
         * @param v The view that was clicked.
         */
        void onClick(View v);
    }

所以可以简单理解为Lambda表达式等价于函数式接口。