詳細介紹Java函數式接口
Java—函數式接口
1.自定義函數式接口
1.1概述
函數式接口在Java中是指：**有且僅有一個抽象方法的接口。**當然接口中可以包含其他的方法（默認，靜態(tài)，私有）。
函數式接口，即適用于函數式編程場景的接口。而Java中的函數式編程體現就是Lambda，所以函數式接口就是可 以適用于Lambda使用的接口。只有確保接口中有且僅有一個抽象方法，Java中的Lambda才能順利地進行推導。
備注：“語法糖”是指使用更加方便，但是原理不變的代碼語法。例如在遍歷集合時使用的for-each語法，其實 底層的實現原理仍然是迭代器，這便是“語法糖”。從應用層面來講，Java中的Lambda可以被當做是匿名內部 類的“語法糖”，但是二者在原理上是不同的。
1.2格式
只要確保接口中有且僅有一個抽象方法即可：
修飾符 interface 接口名稱 {
public abstract 返回值類型 方法名稱(可選參數信息);
// 其他非抽象方法內容
}
由于接口當中抽象方法的 public abstract 是可以省略的，所以定義一個函數式接口很簡單：
public interface MyFunctionalInterface {
void myMethod();
}
1.3@FunctionalInterface注解
與 @Override 注解的作用類似，Java 8中專門為函數式接口引入了一個新的注解： @FunctionalInterface 。該注解可用于一個接口的定義上：
@FunctionalInterface
public interface MyFunctionalInterface {
void myMethod();
}
一旦使用該注解來定義接口，編譯器將會強制檢查該接口是否確實有且僅有一個抽象方法，否則將會報錯。需要注意的是，即使不使用該注解，只要滿足函數式接口的定義，這仍然是一個函數式接口，使用起來都一樣。
1.4自定義函數式接口
對于剛剛定義好的 MyFunctionalInterface 函數式接口，典型使用場景就是作為方法的參數：
public class Hello {
public static void show(MyFunctionalInterface p) {
p.method1();
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
//調用show方法，方法的參數是一個接口，所以可以傳遞接口的實現類對象
show(new xppmzzz());
//調用show方法，方法的參數是一個接口，所以我們可以傳遞接口的匿名內部類
show(new MyFunctionalInterface() {
@Override
public void method1() {
System.out.println("使用匿名內部類重寫接口中的抽象方法");
}
});
//調用show方法，方法的參數是一個函數式接口，所以我們可以用Lambda表達式
show(() -> System.out.println("使用Lamdba表達式重寫接口中的持續(xù)方法"));
}
}
2.函數式編程
2.1Lambda的延遲執(zhí)行
有些場景的代碼執(zhí)行后，結果不一定會被使用，從而造成性能浪費。而Lambda表達式是延遲執(zhí)行的，這正好可以 作為解決方案，提升性能。
- 性能浪費的日志案例
注:日志可以幫助我們快速的定位問題，記錄程序運行過程中的情況，以便項目的監(jiān)控和優(yōu)化。 一種典型的場景就是對參數進行有條件使用，例如對日志消息進行拼接后，在滿足條件的情況下進行打印輸出：
public class Demo01Logger {
public static void main(String[] args) {
String a = "小皮皮";
String b = "美滋滋";
String c = "哈哈哈";
log(1, a + b + c);
}
private static void log(int level, String s) {
if (level == 1) {
System.out.println(s);
}
}
}
這段代碼存在問題：無論級別是否滿足要求，作為 log 方法的第二個參數，三個字符串一定會首先被拼接并傳入方 法內，然后才會進行級別判斷。如果級別不符合要求，那么字符串的拼接操作就白做了，存在性能浪費。
備注：SLF4J是應用非常廣泛的日志框架，它在記錄日志時為了解決這種性能浪費的問題，并不推薦首先進行字符串的拼接，而是將字符串的若干部分作為可變參數傳入方法中，僅在日志級別滿足要求的情況下才會進 行字符串拼接。例如： LOGGER.debug(“變量{}的取值為{}?！? “os”, “macOS”) ，其中的大括號 {} 為占位 符。如果滿足日志級別要求，則會將“os”和“macOS”兩個字符串依次拼接到大括號的位置；否則不會進行字 符串拼接。這也是一種可行解決方案，但Lambda可以做到更好。
- 體驗Lambda的更優(yōu)寫法
使用Lambda必然需要一個函數式接口：
@FunctionalInterface
public interface MessageBuilder {
String buildMessage();
}
然后對 log 方法進行改造：
public class Demo02LoggerLambda {
public static void main(String[] args) {
String a = "小皮皮";
String b = "美滋滋";
String c = "哈哈哈";
log(1, () -> a + b + c);
/*
log(1, new MessageBuilder() {
@Override
public String buildMessage() {
return a + b + c;
}
});
*/
}
private static void log(int level, MessageBuilder builder) {
if (level == 1) {
System.out.println(builder.buildMessage());
}
}
}
這樣一來，只有當級別滿足要求的時候，才會進行三個字符串的拼接；否則三個字符串將不會進行拼接。
- 證明Lambda的延遲
public class Demo02LoggerLambda {
public static void main(String[] args) {
String a = "小皮皮";
String b = "美滋滋";
String c = "哈哈哈";
log(2, () -> {
System.out.println("Lambda執(zhí)行！");
return a + b + c;
});
/*
log(2, new MessageBuilder() {
@Override
public String buildMessage() {
System.out.println("Lambda執(zhí)行！");
return a + b + c;
}
});
*/
}
private static void log(int level, MessageBuilder builder) {
if (level == 1) {
System.out.println(builder.buildMessage());
}
}
}
從結果中可以看出，在不符合級別要求的情況下，Lambda將不會執(zhí)行。從而達到節(jié)省性能的效果。
擴展：實際上使用內部類也可以達到同樣的效果，只是將代碼操作延遲到了另外一個對象當中通過調用方法來完成。而是否調用其所在方法是在條件判斷之后才執(zhí)行的。
2.2使用Lambda作為參數和返回值
如果拋開實現原理不說，Java中的Lambda表達式可以被當作是匿名內部類的替代品。如果方法的參數是一個函數 式接口類型，那么就可以使用Lambda表達式進行替代。使用Lambda表達式作為方法參數，其實就是使用函數式 接口作為方法參數。
例如 java.lang.Runnable 接口就是一個函數式接口，假設有一個 startThread 方法使用該接口作為參數，那么就 可以使用Lambda進行傳參。這種情況其實和 Thread 類的構造方法參數為 Runnable 沒有本質區(qū)別。
public class demoRunnable {
private static void startVThread(Runnable task){
new Thread(task).start();
}
public static void main(String[] args) {
startVThread(() -> System.out.println("線程任務執(zhí)行！"));
}
}
類似地，如果一個方法的返回值類型是一個函數式接口，那么就可以直接返回一個Lambda表達式。當需要通過一 個方法來獲取一個 java.util.Comparator 接口類型的對象作為排序器時,就可以調該方法獲取。
public class mainCompartator {
public static void main(String[] args) {
String[] s = {"aaa", "bbbb", "c", "ppppp"};
System.out.println(Arrays.toString(s));
Arrays.sort(s, newComparator());
System.out.println(Arrays.toString(s));
}
private static Comparator<String> newComparator() {
return (a, b) -> b.length() - a.length();
}
}
3.常用函數式接口
JDK提供了大量常用的函數式接口以豐富Lambda的典型使用場景，它們主要在 java.util.function 包中被提供。 下面是最簡單的幾個接口及使用示例。
3.1Supplier接口
java.util.function.Supplier 接口僅包含一個無參的方法： T get() 。用來獲取一個泛型參數指定類型的對象數據。由于這是一個函數式接口，這也就意味著對應的Lambda表達式需要“對外提供”一個符合泛型類型的對象數據。
public class mainCompartator {
public static void main(String[] args) {
String a = "Hello";
String b = "World";
System.out.println(getString(() -> a + b));
/*
System.out.println(getString(new Supplier<String>() {
@Override
public String get() {
return a + b;
}
}));
*/
}
private static String getString(Supplier<String> funcation) {
return funcation.get();
}
}
題目: 使用 Supplier 接口作為方法參數類型，通過Lambda表達式求出int數組中的最大值。提示：接口的泛型請使用 java.lang.Integer 類。
public class mainCompartator {
public static void main(String[] args) {
int a[] = {322, 24, 3, 35, 3, 53, 2544};
int maxA = getMax(() -> {
int max = a[0];
for (int i : a) {
max = Math.max(i, max);
}
return max;
});
/*
int maxA = getMax(new Supplier<Integer>() {
@Override
public Integer get() {
int max = a[0];
for (int i : a) {
max = Math.max(i, max);
}
return max;
}
});
*/
System.out.println(maxA);
}
public static int getMax(Supplier<Integer> sup) {
return sup.get();
}
}
3.2Consumer接口
java.util.function.Consumer 接口則正好與Supplier接口相反，它不是生產一個數據，而是消費一個數據， 其數據類型由泛型決定。
- 抽象方法：accept
Consumer 接口中包含抽象方法 void accept(T t) ，意為消費一個指定泛型的數據。基本使用如：
public class mainCompartator {
public static void main(String[] args) {
consumeString(s -> System.out.println(s));
/*
consumeString(new Consumer<String>() {
@Override
public void accept(String s) {
System.out.println(s);
}
});
*/
}
public static void consumeString(Consumer<String> function){
function.accept("Hello");
}
}
- 默認方法：andThen
如果一個方法的參數和返回值全都是 Consumer 類型，那么就可以實現效果：消費數據的時候，首先做一個操作， 然后再做一個操作，實現組合。而這個方法就是 Consumer 接口中的default方法 andThen 。下面是JDK的源代碼：
default Consumer<T> andThen(Consumer<? super T> after) {
Objects.requireNonNull(after);
return (T t) ‐> { accept(t); after.accept(t); };
}
備注：
java.util.Objects的requireNonNull靜態(tài)方法將會在參數為null時主動拋出NullPointerException異常。這省去了重復編寫if語句和拋出空指針異常的麻煩。
要想實現組合，需要兩個或多個Lambda表達式即可，而 andThen 的語義正是“一步接一步”操作。例如兩個步驟組合的情況：
public class mainCompartator {
public static void main(String[] args) {
consumString(s-> System.out.println(s.toUpperCase()),s-> System.out.println(s.toLowerCase()));
}
public static void consumString(Consumer<String> one, Consumer<String> two) {
one.andThen(two).accept("xppmzz");
}
}
題目：下面的字符串數組當中存有多條信息，請按照格式“ 姓名：XX。性別：XX。 ”的格式將信息打印出來。要求將打印姓 名的動作作為第一個 Consumer 接口的Lambda實例，將打印性別的動作作為第二個 Consumer 接口的Lambda實 例，將兩個 Consumer 接口按照順序“拼接”到一起。
public class mainCompartator {
public static void main(String[] args) {
String[] array = {"xpp,男", "mzz,男", "hhh,女"};
printInfo(s -> System.out.println("姓名:" + s.split(",")[0]),
s -> System.out.println("性別：" + s.split(",")[1]), array);
}
private static void printInfo(Consumer<String> one, Consumer<String> two, String[] array) {
for (String info : array) {
one.andThen(two).accept(info);
}
}
}
3.3Predicate接口
有時候我們需要對某種類型的數據進行判斷，從而得到一個boolean值結果。這時可以使用 java.util.function.Predicate 接口。
- 抽象方法：test
Predicate 接口中包含一個抽象方法： boolean test(T t) 。用于條件判斷的場景：
public class Demo15PredicateTest {
private static void method(Predicate<String> predicate) {
boolean veryLong = predicate.test("HelloWorld");
System.out.println("字符串很長嗎：" + veryLong);
}
public static void main(String[] args) {
method(s ‐> s.length() > 5);
}
}
- 默認方法：and
既然是條件判斷，就會存在與、或、非三種常見的邏輯關系。其中將兩個 Predicate 條件使用“與”邏輯連接起來實現“并且”的效果時，可以使用default方法 and 。其JDK源碼為：
default Predicate<T> and(Predicate<? super T> other) {
Objects.requireNonNull(other);
return (t) ‐> test(t) && other.test(t);
}
如果要判斷一個字符串既要包含大寫“H”，又要包含大寫“W”，那么：
public class mainCompartator {
public static void main(String[] args) {
method(s -> s.contains("H"), s -> s.contains("W"));
}
private static void method(Predicate<String> one, Predicate<String> two) {
boolean res = one.and(two).test("HeLLoWorld");
System.out.println("字符串復合要求嗎?" + res);
}
}
- 默認方法：or
與 and 的“與”類似，默認方法 or 實現邏輯關系中的“或”。JDK源碼為：
default Predicate<T> or(Predicate<? super T> other) {
Objects.requireNonNull(other);
return (t) ‐> test(t) || other.test(t);
}
如果希望實現邏輯“字符串包含大寫H或者包含大寫W”，那么代碼只需要將“and”修改為“or”名稱即可，其他都不 變：
public class mainCompartator {
public static void main(String[] args) {
method(s -> s.contains("H"), s -> s.contains("W"));
}
private static void method(Predicate<String> one, Predicate<String> two) {
boolean res = one.or(two).test("heLLoworld");
System.out.println("字符串符合要求嗎?" + res);
}
}
- 默認方法：negate
“與”、“或”已經了解了，剩下的“非”（取反）也會簡單。默認方法 negate 的JDK源代碼為：
default Predicate<T> negate() {
return (t) ‐> !test(t);
}
從實現中很容易看出，它是執(zhí)行了test方法之后，對結果boolean值進行“!”取反而已。一定要在 test 方法調用之前 調用 negate 方法，正如 and 和 or 方法一樣：
public class mainCompartator {
public static void main(String[] args) {
method(s -> s.length() < 5);
}
private static void method(Predicate<String> predicate) {
boolean verLong = predicate.negate().test("HelloWorld");
System.out.println("字符串很長嗎？" + verLong);
}
}
題目：數組當中有多條“姓名+性別”的信息如下，請通過 Predicate 接口的拼裝將符合要求的字符串篩選到集合 ArrayList 中，需要同時滿足兩個條件：
- 必須為女生；
- 姓名為3個字
public class mainCompartator {
public static void main(String[] args) {
String[] array = {"xpp,女", "mzz,男", "hhh,女"};
List<String> ans = method(s -> s.split(",")[0].length() == 3, s -> s.split(",")[1].equals("女"), array);
System.out.println(ans);
}
private static List<String> method(Predicate<String> one, Predicate<String> two, String[] array) {
List<String> res = new ArrayList<>();
for (String s : array) {
if (one.and(two).test(s))
res.add(s);
}
return res;
}
}
3.4Function接口
Function接口 java.util.function.Function 接口用來根據一個類型的數據得到另一個類型的數據，前者稱為前置條件， 后者稱為后置條件。
- 抽象方法：apply
Function 接口中最主要的抽象方法為： R apply(T t) ，根據類型T的參數獲取類型R的結果。 使用的場景例如：將 String 類型轉換為 Integer 類型。
public class Demo11FunctionApply {
private static void method(Function<String, Integer> function) {
int num = function.apply("10");
System.out.println(num + 20);
}
public static void main(String[] args) {
method(s ‐> Integer.parseInt(s));
}
}
- 默認方法：andThen
Function 接口中有一個默認的 andThen 方法，用來進行組合操作。JDK源代碼如：
default <V> Function<T, V> andThen(Function<? super R, ? extends V> after) {
Objects.requireNonNull(after);
return (T t) ‐> after.apply(apply(t));
}
該方法同樣用于“先做什么，再做什么”的場景，和 Consumer 中的 andThen 差不多：
import java.util.function.Function;
public class Demo12FunctionAndThen {
private static void method(Function<String, Integer> one, Function<Integer, Integer> two) {
int num = one.andThen(two).apply("10");
System.out.println(num + 20);
}
public static void main(String[] args) {
method(str‐>Integer.parseInt(str)+10, i ‐> i *= 10);
}
}
一個操作是將字符串解析成為int數字，第二個操作是乘以10。兩個操作通過 andThen 按照前后順序組合到了一 起。
注意：Function的前置條件泛型和后置條件泛型可以相同。
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