Java中的函数式编程

函数式编程是一种编程范式，其中程序是通过应用和组合函数来构造的。它是一种声明式编程范式，其中函数定义是表达式树，每个表达式树返回一个值，而不是一系列改变程序状态的命令语句

维基百科

Java8引入了Lambda形式的函数式编程。术语Lambda来自Lambda演算，用于描述计算。

Lambda

我们可以将lambda表达式视为一个匿名函数，可以将其分配给变量并传递给方法，该方法接受函数接口作为参数。Lambda表达式没有名称，但它有一个参数列表、一个主体和一个返回类型。

(parameters) -> expression

lambda表达式可以在函数接口的上下文中使用。

函数接口

函数接口是只指定一个抽象方法的接口。

public interface Comparator<T> {                           
    int compare(T o1, T o2);
}
public interface Runnable {                                
    void run();
}

Lambda表达式允许我们直接内联提供函数接口的抽象方法的实现，并将整个表达式视为函数接口的实例。

函数描述符

我们将函数接口的抽象方法的签名称为函数描述符。函数描述符描述lambda表达式的签名。例如，我们可以将Runnable的函数描述符看作（）->void，因为它有一个抽象方法，不接受任何内容，也不返回任何内容（void）。

Java函数接口

Predicate

Predicate<T>接口定义了一个名为test的抽象方法，该方法接受一个泛型类型为T的对象并返回一个布尔值。此接口可用于表示使用T类型对象的布尔表达式。

函数描述符：T->boolean

@FunctionalInterface
public interface Predicate<T> {
    boolean test(T t);
}

Consumer

java.util.function.Consumer<T>接口定义了一个名为accept的抽象方法，该方法接受一个泛型类型为T的对象，并且不返回任何结果（void）。当我们需要访问T类型的对象并对其执行某些操作时，可以使用此接口。

函数描述符：T->void

Function

java.util.function.function<T，R>接口定义了一个名为apply的抽象方法，该方法将一个泛型类型为T的对象作为输入，并返回一个泛型类型为R的对象。当我们需要定义一个lambda将信息从输入对象映射到输出时，可以使用该接口。

函数描述符：T->R

Supplier

接口java.util.function.Supplier<T>定义了一个名为get的抽象方法，该方法不接受任何内容并返回类型为T的对象。

函数描述符：（）->R

Primitive Specializations

原语接口是专用接口，用于在输入或输出为原语时避免自动装箱操作。

public interface IntPredicate {
    boolean test(int t);
}

类型检查

lambda的类型是从使用lambda的上下文中推导出来的。上下文中lambda表达式所需的类型（例如，传递给它的方法参数或分配给它的局部变量）称为目标类型。Lambda表达式可以从赋值上下文、方法调用上下文（参数和返回）和强制转换上下文中获取其目标类型。

Object o = (Runnable) () -> System.out.println("Hello");

Capturing Lambda

lambda可以不受限制地捕获（在其主体中引用）实例变量和静态变量。但是当捕获局部变量时，它们必须显式地声明为final或实际上是final。

我们为何有这个限制？

实例变量存储在堆上，而局部变量位于堆栈上。如果lambda可以直接访问局部变量，并且lambda在线程中使用，那么使用lambda的线程可以在分配变量的线程解除分配变量后尝试访问该变量。因此，Java将对自由局部变量的访问实现为对其副本的访问，而不是对原始变量的访问。如果局部变量只分配给一次，则这没有什么区别，因此存在限制。

方法引用

有三种主要的方法参考：

• 对静态方法的方法引用。例如，–Integer:：parseInt
• 对任意类型的实例方法的方法引用。示例–String::length
• 对现有对象或表达式的实例方法的方法引用。示例–student:：getRank，其中student是具有方法getRank（）的student类型的局部变量

List<String> list = Arrays.asList("a","b","A","B");
list.sort((s1, s2) -> s1.compareToIgnoreCase(s2));

可以写成

List<String> list = Arrays.asList("a","b","A","B");
list.sort(String::compareToIgnoreCase);

构造函数引用

可以使用ClassName:：new引用现有构造函数

Supplier<List<String>> supplier = ArrayList::new；与Supplier<List<String>> supplier = () -> new ArrayList<>()相同；

组合Lambda

许多函数接口包含可用于组合lambda表达式的默认方法。组合示例-

• 将两个谓词组合成一个较大的谓词，在两个谓词之间执行or操作
• 反向或链式比较器

Comparators

按逆序排列学生

Comparator<Student> c = Comparator.comparing(Student::getRank);
students.sort(comparing(Student::getRank).reversed()); 

根据姓名（反向）对学生进行排序，然后按反向顺序排列

students.sort(comparing(Student::getName).reversed()
        .thenComparing(Student::getRank)); 

Predicates

Predicates接口包括三个方法：negate, and, 和 or，可用于创建更复杂的谓词。

Predicate<Integer> naturalNumber = i -> i > 0;                                     
Predicate<Integer> naturalNumberLessThanHundred = naturalNumber.and( i -> i < 100);

Functions

函数接口带有两个默认方法，andThen和compose。

Consider f(x) = x2 and g(x) = x3 + 1 then

g(f(x)) ->

Function<Integer,Integer> square = n -> n*n;                         
Function<Integer,Integer> squareAndCube = square.andThen(n -> n*n*n+1);
System.out.println(squareAndCube.apply(2));  
65                        

f(g(x)) ->

Function<Integer,Integer> square = n -> n*n;                              
Function<Integer,Integer> squareAndCube = square.compose(n -> n*n*n + 1); 
System.out.println(squareAndCube.apply(2));                               

应用Lambda

让我们看看如何编写一个通用方法来根据veratain属性过滤一组书籍（将其视为sql的where子句）。

public static List<Book> filter(Predicate<Book> where) {                
  List<Book> books = Catalogue.books();                                 
  return books.stream().filter(where).collect(Collectors.toList());     
}                                                                       

Lambda表达式通过不同的过滤器过滤不同的书籍

List<Book> javaBook = filter(book -> book.getCategory().equals(JAVA));               
List<Book> joshuaBlochBook = filter(book -> book.getAuthor().equals("Joshua Bloch"));

总结

lambda表达式可以被认为是一个匿名函数，可以在函数接口的上下文中使用。函数接口是只指定一个抽象方法的接口。