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JDK8新特性之函数式接口学习

作者：智能墨韵书生 | 2024-02-01 10:26:03

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JDK8新特性之函数式接口学习

概念

函数式接口在Java中是指：有且仅有一个抽象方法的接口。函数式接口，即适用于函数式编程场景的接口。而Java中的函数式编程体现就是Lambda，所以函数式接口就是可以适用于Lambda使用的接口。只有确保接口中有且仅有一个抽象方法，Java中的Lambda才能顺利地进行推导。

备注：“语法糖”是指使用更加方便，但是原理不变的代码语法。例如在遍历集合时使用的for-each语法，其实
底层的实现原理仍然是迭代器，这便是“语法糖”。从应用层面来讲，Java中的Lambda可以被当做是匿名内部
类的“语法糖”，但是二者在原理上是不同的

格式

只要确保接口中有且仅有一个抽象方法即可：

修饰符 interface 接口名称 {
public abstract 返回值类型方法名称(可选参数信息);
// 其他非抽象方法内容
}

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：

   public interface MyFunctionalInterface {
   void myMethod();
   }

@FunctionalInterface注解

与 @Override 注解的作用类似，Java 8中专门为函数式接口引入了一个新的注解： @FunctionalInterface 。该注
解可用于一个接口的定义上：


@FunctionalInterface
public interface MyFunctionalInterface {
    public abstract void method();
}

一旦使用该注解来定义接口，编译器将会强制检查该接口是否确实有且仅有一个抽象方法，否则将会报错。需要注
意的是，即使不使用该注解，只要满足函数式接口的定义，这仍然是一个函数式接口，使用起来都一样。

自定义函数式接口

对于定义好的 MyFunctionalInterface 函数式接口，典型使用场景就是作为方法的参数：


/**
 * 函数式接口使用:一般作为方法的参数和返回值类型
 */
public class Demo {
    public static void show(MyFunctionalInterface myFunctInter){
        myFunctInter.method();
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        show(new MyFunctionalInterfaceImpl());
        show(new MyFunctionalInterface() {
            @Override
            public void method() {
                System.out.println("使用匿名内部类实现接口抽象方法");
            }
        });
        show(()->{
            System.out.println("使用Lambda表达式实现接口抽象方法");
        });
        show(()-> System.out.println("使用Lamda表达式实现接口抽象方法"));
    }
}

函数式编程

在兼顾面向对象特性的基础上，Java语言通过Lambda表达式与方法引用等，为开发者打开了函数式编程的大门。

Lambda的延迟执行

有些场景的代码执行后，结果不一定会被使用，从而造成性能浪费。而Lambda表达式是延迟执行的，这正好可以
作为解决方案，提升性能。

性能浪费的日志案例

一种典型的场景就是对参数进行有条件使用，例如对日志消息进行拼接后，在满足条件的情况下进行打印输出：


public class Demo1Logger {
 
    public static void showLog(int level, String message){
        if (level == 1) {
            System.out.println(message);
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        String msg1 = "Hello";
        String msg2 = "Functional";
        String msg3 = "Interface";
        /*
        性能浪费, 调用showLog方法
        传递的第二个参数是一个拼接后的字符串
        需要先把字符串拼接好,再调用方法
        如果level不是1则字符串白拼接了,存在浪费
        */
        showLog(2, msg1 + msg2 + msg3);
 
 
    }
}

这段代码存在问题：无论级别是否满足要求，作为 log 方法的第二个参数，三个字符串一定会首先被拼接并传入方
法内，然后才会进行级别判断。如果级别不符合要求，那么字符串的拼接操作就白做了，存在性能浪费

备注：SLF4J是应用非常广泛的日志框架，它在记录日志时为了解决这种性能浪费的问题，并不推荐首先进行
字符串的拼接，而是将字符串的若干部分作为可变参数传入方法中，仅在日志级别满足要求的情况下才会进
行字符串拼接。例如： LOGGER.debug("变量{}的取值为{}。", "os", "macOS") ，其中的大括号 {} 为占位
符。如果满足日志级别要求，则会将“os”和“macOS”两个字符串依次拼接到大括号的位置；否则不会进行字
符串拼接。这也是一种可行解决方案，但Lambda可以做到更好。

体验Lambda的更优写法

函数式接口：


@FunctionalInterface
public interface MessageBuilder {
    String buildMessage();
}

然后对 log 方法进行改造：


public class Demo2Lambda {
    public static void showLog(int level, MessageBuilder mb){
        if (level == 1){
            System.out.println(mb.buildMessage());
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        String msg1 = "Hello";
        String msg2 = "Functional";
        String msg3 = "Interface";
        /*
            使用Lambda表达式作为参数传递,仅仅是把参数传递到showLog方法中
            只有满足条件,日志等级是1级
            才会调用接口MessageBuilder中的方法builderMessage
            如果条件不满足,日志的等级不是1级
            MessageBuilder中的方法builderMessage不会执行
            所以不会存在性能浪费
         */
        showLog(1, ()->{
            System.out.println("满足条件执行");
            return  msg1 + msg2 + msg3;
        });
    }
}

扩展：实际上使用内部类也可以达到同样的效果，只是将代码操作延迟到了另外一个对象当中通过调用方法
来完成。而是否调用其所在方法是在条件判断之后才执行的

使用Lambda作为参数和返回值

如果抛开实现原理不说，Java中的Lambda表达式可以被当作是匿名内部类的替代品。如果方法的参数是一个函数
式接口类型，那么就可以使用Lambda表达式进行替代。使用Lambda表达式作为方法参数，其实就是使用函数式
接口作为方法参数。

例如 java.lang.Runnable 接口就是一个函数式接口，假设有一个 startThread 方法使用该接口作为参数，那么就
可以使用Lambda进行传参。这种情况其实和 Thread 类的构造方法参数为 Runnable 没有本质区别。


public class Demo1Runnable {
    public static void startThread(Runnable run){
        new Thread(run).start();
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        startThread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + "线程启动");
            }
        });
 
        startThread(()->System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + "线程启动"));
    }
}

类似地，如果一个方法的返回值类型是一个函数式接口，那么就可以直接返回一个Lambda表达式。当需要通过一
个方法来获取一个 java.util.Comparator 接口类型的对象作为排序器时,就可以调该方法获取。


public class Demo2Comparator {
    public static Comparator<String> getComparator(){
        //方法返回值类型是一个接口,那么可以返回这个接口的匿名内部类
/*        return new Comparator<String>() {
            @Override
            public int compare(String o1, String o2) {
                //按照字符串长度降序排序
                return o2.length() - o1.length();
            }
        };*/
        //按照字符串长度降序排序
        return (o1, o2) -> o2.length() - o1.length();
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        String[] array = {"aaa", "bb", "cccc", "ddddd"};
        System.out.println(Arrays.toString(array));
 
        Arrays.sort(array, getComparator());
        System.out.println(Arrays.toString(array));
    }
}

常用函数式接口

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。

Supplier接口

java.util.function.Supplier<T> 接口仅包含一个无参的方法： T get() 。用来获取一个泛型参数指定类型的对
象数据。由于这是一个函数式接口，这也就意味着对应的Lambda表达式需要“对外提供”一个符合泛型类型的对象
数据。


import java.util.function.Supplier;
 
/*
    Supplier<T>接口称之为生产型接口,指定接口的泛型是什么类型,那么接口中就返回什么类型的数据
 */
public class Demo1Supplier {
    public static String getString(Supplier<String> supplier){
        return supplier.get();
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        String s = getString(() -> "HeHe");
        System.out.println(s);
    }
}

Consumer接口

java.util.function.Consumer<T> 接口则正好与Supplier接口相反，它不是生产一个数据，而是消费一个数据，其数据类型由泛型决定。

抽象方法：accept

Consumer 接口中包含抽象方法 void accept(T t) ，意为消费一个指定泛型的数据。基本使用如：\


import java.util.function.Consumer;
 
public class Demo2Consumer {
    public static void method(String name, Consumer<String> consumer){
        consumer.accept(name);
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        method("java",(name) -> System.out.println(name));
        method("java",(name) ->{
            String reName = new StringBuilder(name).reverse().toString();
            System.out.println(reName);
        });
    }
}

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。

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：


import java.util.function.Consumer;
 
public class Demo3AndThen {
    public static void method(String s, Consumer<String> con1, Consumer<String> con2){
//        con1.accept(s);
//        con2.accept(s);
 
        con1.andThen(con2).accept(s);
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        method("HaPi", (t)->System.out.println(t.toUpperCase()), (t)->System.out.println(t.toLowerCase()));
    }
}

Predicate接口

有时候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<T> 接口。

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：


import java.util.function.Predicate;
 
public class Demo4Predicate {
    public static boolean checkString(String s, Predicate<String> predicate){
        return predicate.test(s);
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        String s = "abcdef";
        boolean b = checkString(s, (str)->str.length() > 5);
        System.out.println(b);
    }
}

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);
}


public class Demo5PredicatAnd {
    public static boolean checkString(String s, Predicate<String> one, Predicate<String> two){
        //return one.test(s) && two.test(s);
        return one.and(two).test(s);
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        String s = "abcdef";
        boolean b = checkString(s, (str)->str.length() > 5, (str)->str.contains("a"));
        System.out.println(b);
    }
}

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);
}


import java.util.function.Predicate;
 
public class Demo6PredicatOr {
    public static boolean checkString(String s, Predicate<String> one, Predicate<String> two){
        //return one.test(s) || two.test(s);
        return one.or(two).test(s);
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        String s = "abcdef";
        boolean b = checkString(s, (str)->str.length() > 5, (str)->str.contains("a"));
        System.out.println(b);
    }
}

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);
}


public class Demo7PredicatOr {
    public static boolean checkString(String s, Predicate<String> predicate){
        return predicate.negate().test(s);
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        String s = "abcdef";
        boolean b = checkString(s, (str)->str.length() > 5);
        System.out.println(b);
    }
}

Function接口

java.util.function.Function<T,R> 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。

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。使用的场景例如：将 String 类型转换为 Integer 类型。


import java.util.function.Function;
 
public class Demo8Function {
    public static void change(String s,  Function<String, Integer> function){
        int num = function.apply(s);
        System.out.println(num);
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        String s = "1234";
        change(s, (str) -> Integer.parseInt(str));
    }
}

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));
}


import java.util.function.Function;
 
public class Demo9FunctionAndThen {
    public static void change(String s,  Function<String, Integer> fun1, Function<Integer, String> fun2){
        String result = fun1.andThen(fun2).apply(s);
        System.out.println(result);
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        String s = "90";
        change(s, (str)->Integer.parseInt(str) + 10, (num)->String.valueOf(num));
    }
}

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