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这篇“Java中的函数式编程如何使用”文章的知识点大部分人都不太理解，所以小编给大家总结了以下内容，内容详细，步骤清晰，具有一定的借鉴价值，希望大家阅读完这篇文章能有所收获，下面我们一起来看看这篇“Java中的函数式编程如何使用”文章吧。
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函数式编程的理论基础是阿隆佐·丘奇（Alonzo Church）于 1930 年代提出的 λ 演算（Lambda Calculus）。λ 演算是一种形式系统，用于研究函数定义、函数应用和递归。它为计算理论和计算机科学的发展奠定了基础。随着 Haskell（1990年）和 Erlang（1986年）等新一代函数式编程语言的诞生，函数式编程开始在实际应用中发挥作用。
随着硬件越来越便宜，程序的规模和复杂性都在呈线性的增长。这一切都让编程工作变得困难重重。我们想方设法使代码更加一致和易懂。我们急需一种 语法优雅，简洁健壮，高并发，易于测试和调试的编程方式，这一切恰恰就是 函数式编程（FP）的意义所在。
函数式语言已经产生了优雅的语法，这些语法对于非函数式语言也适用。 例如：如今 Python，Java 8 都在吸收 FP 的思想，并且将其融入其中，你也可以这样想：
OO（object oriented，面向对象）是抽象数据，FP（functional programming，函数 式编程）是抽象行为。
用传统形式和 Java 8 的方法引用、Lambda 表达式分别演示。代码示例：
interface Strategy {
String approach(String msg);
}
class Soft implements Strategy {
public String approach(String msg) {
return msg.toLowerCase() + "?";
}
}
class Unrelated {
static String twice(String msg) {
return msg + " " + msg;
}
}
public class Strategize {
Strategy strategy;
String msg;
Strategize(String msg) {
strategy = new Soft(); // [1] 构建默认的 Soft
this.msg = msg;
}
void communicate() {
System.out.println(strategy.approach(msg));
}
void changeStrategy(Strategy strategy) {
this.strategy = strategy;
}
public static void main(String[] args) {
Strategy[] strategies = {
new Strategy() { // [2] Java 8 以前的匿名内部类
public String approach(String msg) {
return msg.toUpperCase() + "!";
}
},
msg -> msg.substring(0, 5), // [3] 基于 Ldmbda 表达式，实例化 interface
Unrelated::twice // [4] 基于 方法引用，实例化 interface
};
Strategize s = new Strategize("Hello there");
s.communicate();
for(Strategy newStrategy : strategies) {
s.changeStrategy(newStrategy); // [5] 使用默认的 Soft 策略
s.communicate(); // [6] 每次调用 communicate() 都会产生不同的行为
}
}
}输出结果：
hello there?
HELLO THERE!
Hello
Hello there Hello there
Lambda 表达式是使用最小可能语法编写的函数定义：（原则）
Lambda 表达式产生函数，而不是类
Lambda 语法尽可能少，这正是为了使 Lambda 易于编写和使用
Lambda 用法：
interface Description {
String brief();
}
interface Body {
String detailed(String head);
}
interface Multi {
String twoArg(String head, Double d);
}
public class LambdaExpressions {
static Body bod = h -> h + " No Parens!"; // [1] 一个参数时，可以不需要扩展 ()， 但这是一个特例
static Body bod2 = (h) -> h + " More details"; // [2] 正常情况下的使用方式
static Description desc = () -> "Short info"; // [3] 没有参数的情况下的使用方式
static Multi mult = (h, n) -> h + n; // [4] 多参数情况下的使用方式
static Description moreLines = () -> {
// [5] 多行代码情况下使用 `{}` + `return` 关键字
// （在单行的 Lambda 表达式中 `return` 是非法的）
System.out.println("moreLines()");
return "from moreLines()";
};
public static void main(String[] args) {
System.out.println(bod.detailed("Oh!"));
System.out.println(bod2.detailed("Hi!"));
System.out.println(desc.brief());
System.out.println(mult.twoArg("Pi! ", 3.14159));
System.out.println(moreLines.brief());
}
}输出结果：
Oh! No Parens!
Hi! More details
Short info
Pi! 3.14159
moreLines()
from moreLines()
总结：Lambda 表达式通常比匿名内部类产生更易读的代码，因此我们将尽可能使用它们。
方法引用由类名或者对象名，后面跟着 :: 然后跟方法名称，
使用示例：
interface Callable { // [1] 单一方法的接口（重要）
void call(String s);
}
class Describe {
void show(String msg) { // [2] 符合 Callable 接口的 call() 方法实现
System.out.println(msg);
}
}
public class MethodReferences {
static void hello(String name) { // [3] 也符合 call() 方法实现
System.out.println("Hello, " + name);
}
static class Description {
String about;
Description(String desc) {
about = desc;
}
void help(String msg) { // [4] 静态类的非静态方法
System.out.println(about + " " + msg);
}
}
static class Helper {
static void assist(String msg) { // [5] 静态类的静态方法，符合 call() 方法
System.out.println(msg);
}
}
public static void main(String[] args) {
Describe d = new Describe();
Callable c = d::show; // [6] 通过方法引用创建 Callable 的接口实现
c.call("call()"); // [7] 通过该实例 call() 方法调用 show() 方法
c = MethodReferences::hello; // [8] 静态方法的方法引用
c.call("Bob");
c = new Description("valuable")::help; // [9] 实例化对象的方法引用
c.call("information");
c = Helper::assist; // [10] 静态方法的方法引用
c.call("Help!");
}
}输出结果：
call()
Hello, Bob
valuable information
Help!
使用 Lambda 和方法引用改变 Runnable 接口的写法：
// 方法引用与 Runnable 接口的结合使用
class Go {
static void go() {
System.out.println("Go::go()");
}
}
public class RunnableMethodReference {
public static void main(String[] args) {
new Thread(new Runnable() {
public void run() {
System.out.println("Anonymous");
}
}).start();
new Thread(
() -> System.out.println("lambda")
).start();
new Thread(Go::go).start(); // 通过 方法引用创建 Runnable 实现的引用
}
}输出结果：
Anonymous
lambda
Go::go()
使用未绑定的引用时，需要先提供对象：
// 未绑定的方法引用是指没有关联对象的普通方法
class X {
String f() {
return "X::f()";
}
}
interface MakeString {
String make();
}
interface TransformX {
String transform(X x);
}
public class UnboundMethodReference {
public static void main(String[] args) {
// MakeString sp = X::f; // [1] 你不能在没有 X 对象参数的前提下调用 f()，因为它是 X 的方法
TransformX sp = X::f; // [2] 你可以首个参数是 X 对象参数的前提下调用 f()，使用未绑定的引用，函数式的方法不再与方法引用的签名完全相同
X x = new X();
System.out.println(sp.transform(x)); // [3] 传入 x 对象，调用 x.f() 方法
System.out.println(x.f()); // 同等效果
}
}输出结果：
X::f()
X::f()
我们通过更多示例来证明，通过未绑的方法引用和 interface 之间建立关联：
package com.github.xiao2shiqi.lambda;
// 未绑定的方法与多参数的结合运用
class This {
void two(int i, double d) {}
void three(int i, double d, String s) {}
void four(int i, double d, String s, char c) {}
}
interface TwoArgs {
void call2(This athis, int i, double d);
}
interface ThreeArgs {
void call3(This athis, int i, double d, String s);
}
interface FourArgs {
void call4(
This athis, int i, double d, String s, char c);
}
public class MultiUnbound {
public static void main(String[] args) {
TwoArgs twoargs = This::two;
ThreeArgs threeargs = This::three;
FourArgs fourargs = This::four;
This athis = new This();
twoargs.call2(athis, 11, 3.14);
threeargs.call3(athis, 11, 3.14, "Three");
fourargs.call4(athis, 11, 3.14, "Four", 'Z');
}
}可以捕获构造函数的引用，然后通过引用构建对象
class Dog {
String name;
int age = -1; // For "unknown"
Dog() { name = "stray"; }
Dog(String nm) { name = nm; }
Dog(String nm, int yrs) {
name = nm;
age = yrs;
}
}
interface MakeNoArgs {
Dog make();
}
interface Make1Arg {
Dog make(String nm);
}
interface Make2Args {
Dog make(String nm, int age);
}
public class CtorReference {
public static void main(String[] args) {
// 通过 ::new 关键字赋值给不同的接口，然后通过 make() 构建不同的实例
MakeNoArgs mna = Dog::new; // [1] 将构造函数的引用交给 MakeNoArgs 接口
Make1Arg m1a = Dog::new; // [2] …………
Make2Args m2a = Dog::new; // [3] …………
Dog dn = mna.make();
Dog d1 = m1a.make("Comet");
Dog d2 = m2a.make("Ralph", 4);
}
}总结
方法引用在很大程度上可以理解为创建一个函数式接口的实例
方法引用实际上是一种简化 Lambda 表达式的语法糖，它提供了一种更简洁的方式来创建一个函数式接口的实现
在代码中使用方法引用时，实际上是在创建一个匿名实现类，引用方法实现并且覆盖了接口的抽象方法
方法引用大多用于创建函数式接口的实现
Lambda 包含类型推导
Java 8 引入 java.util.function 包，解决类型推导的问题
通过函数表达式创建 Interface：
// 使用 @FunctionalInterface 注解强制执行此 “函数式方法” 模式
@FunctionalInterface
interface Functional {
String goodbye(String arg);
}
interface FunctionalNoAnn {
String goodbye(String arg);
}
public class FunctionalAnnotation {
// goodbye
public String goodbye(String arg) {
return "Goodbye, " + arg + "!";
}
public static void main(String[] args) {
FunctionalAnnotation fa = new FunctionalAnnotation();
// FunctionalAnnotation 没有实现 Functional 接口，所以不能直接赋值
// Functional fac = fa; // Incompatible ?
// 但可以通过 Lambda 将函数赋值给接口 （类型需要匹配）
Functional f = fa::goodbye;
FunctionalNoAnn fna = fa::goodbye;
Functional fl = a -> "Goodbye, " + a;
FunctionalNoAnn fnal = a -> "Goodbye, " + a;
}
}以上是自己创建 函数式接口的示例。
但在 java.util.function 包旨在创建一组完整的预定义接口，使得我们一般情况下不需再定义自己的接口。
在 java.util.function 的函数式接口的基本使用基本准测，如下
只处理对象而非基本类型，名称则为 Function，Consumer，Predicate 等，参数通过泛型添加
如果接收的参数是基本类型，则由名称的第一部分表示，如 LongConsumer， DoubleFunction，IntPredicate 等
如果返回值为基本类型，则用 To 表示，如 ToLongFunction 和 IntToLongFunction
如果返回值类型与参数类型一致，则是一个运算符
如果接收两个参数且返回值为布尔值，则是一个谓词（Predicate）
如果接收的两个参数类型不同，则名称中有一个 Bi
下面枚举了基于 Lambda 表达式的所有不同 Function 变体的示例：
class Foo {}
class Bar {
Foo f;
Bar(Foo f) { this.f = f; }
}
class IBaz {
int i;
IBaz(int i) { this.i = i; }
}
class LBaz {
long l;
LBaz(long l) { this.l = l; }
}
class DBaz {
double d;
DBaz(double d) { this.d = d; }
}
public class FunctionVariants {
// 根据不同参数获得对象的函数表达式
static Function f1 = f -> new Bar(f);
static IntFunction f2 = i -> new IBaz(i);
static LongFunction f3 = l -> new LBaz(l);
static DoubleFunction f4 = d -> new DBaz(d);
// 根据对象类型参数，获得基本数据类型返回值的函数表达式
static ToIntFunction f5 = ib -> ib.i;
static ToLongFunction f6 = lb -> lb.l;
static ToDoubleFunction f7 = db -> db.d;
static IntToLongFunction f8 = i -> i;
static IntToDoubleFunction f9 = i -> i;
static LongToIntFunction f10 = l -> (int)l;
static LongToDoubleFunction f11 = l -> l;
static DoubleToIntFunction f12 = d -> (int)d;
static DoubleToLongFunction f13 = d -> (long)d;
public static void main(String[] args) {
// apply usage examples
Bar b = f1.apply(new Foo());
IBaz ib = f2.apply(11);
LBaz lb = f3.apply(11);
DBaz db = f4.apply(11);
// applyAs* usage examples
int i = f5.applyAsInt(ib);
long l = f6.applyAsLong(lb);
double d = f7.applyAsDouble(db);
// 基本类型的相互转换
long applyAsLong = f8.applyAsLong(12);
double applyAsDouble = f9.applyAsDouble(12);
int applyAsInt = f10.applyAsInt(12);
double applyAsDouble1 = f11.applyAsDouble(12);
int applyAsInt1 = f12.applyAsInt(13.0);
long applyAsLong1 = f13.applyAsLong(13.0);
}
} 以下是用表格整理基本类型相关的函数式接口：
| 函数式接口 | 特征 | 用途 | 方法名 |
|---|---|---|---|
| Function | 接受一个参数，返回一个结果 | 将输入参数转换成输出结果，如数据转换或映射操作 | R apply(T t) |
| IntFunction | 接受一个 int 参数，返回一个结果 | 将 int 值转换成输出结果 | R apply(int value) |
| LongFunction | 接受一个 long 参数，返回一个结果 | 将 long 值转换成输出结果 | R apply(long value) |
| DoubleFunction | 接受一个 double 参数，返回一个结果 | 将 double 值转换成输出结果 | R apply(double value) |
| ToIntFunction | 接受一个参数，返回一个 int 结果 | 将输入参数转换成 int 输出结果 | int applyAsInt(T value) |
| ToLongFunction | 接受一个参数，返回一个 long 结果 | 将输入参数转换成 long 输出结果 | long applyAsLong(T value) |
| ToDoubleFunction | 接受一个参数，返回一个 double 结果 | 将输入参数转换成 double 输出结果 | double applyAsDouble(T value) |
| IntToLongFunction | 接受一个 int 参数，返回一个 long 结果 | 将 int 值转换成 long 输出结果 | long applyAsLong(int value) |
| IntToDoubleFunction | 接受一个 int 参数，返回一个 double 结果 | 将 int 值转换成 double 输出结果 | double applyAsDouble(int value) |
| LongToIntFunction | 接受一个 long 参数，返回一个 int 结果 | 将 long 值转换成 int 输出结果 | int applyAsInt(long value) |
| LongToDoubleFunction | 接受一个 long 参数，返回一个 double 结果 | 将 long 值转换成 double 输出结果 | double applyAsDouble(long value) |
| DoubleToIntFunction | 接受一个 double 参数，返回一个 int 结果 | 将 double 值转换成 int 输出结果 | int applyAsInt(double value) |
| DoubleToLongFunction | 接受一个 double 参数，返回一个 long 结果 | 将 double 值转换成 long 输出结果 | long applyAsLong(double value) |
在使用函数接口时，名称无关紧要——只要参数类型和返回类型相同。Java 会将你的方法映射到接口方法。示例：
import java.util.function.BiConsumer;
class In1 {}
class In2 {}
public class MethodConversion {
static void accept(In1 in1, In2 in2) {
System.out.println("accept()");
}
static void someOtherName(In1 in1, In2 in2) {
System.out.println("someOtherName()");
}
public static void main(String[] args) {
BiConsumer bic;
bic = MethodConversion::accept;
bic.accept(new In1(), new In2());
// 在使用函数接口时，名称无关紧要——只要参数类型和返回类型相同。Java 会将你的方法映射到接口方法。
bic = MethodConversion::someOtherName;
bic.accept(new In1(), new In2());
}
} 输出结果：
accept()
someOtherName()
将方法引用应用于基于类的函数式接口（即那些不包含基本类型的函数式接口）
import java.util.Comparator;
import java.util.function.*;
class AA {}
class BB {}
class CC {}
public class ClassFunctionals {
static AA f1() { return new AA(); }
static int f2(AA aa1, AA aa2) { return 1; }
static void f3 (AA aa) {}
static void f4 (AA aa, BB bb) {}
static CC f5 (AA aa) { return new CC(); }
static CC f6 (AA aa, BB bb) { return new CC(); }
static boolean f7 (AA aa) { return true; }
static boolean f8 (AA aa, BB bb) { return true; }
static AA f9 (AA aa) { return new AA(); }
static AA f10 (AA aa, AA bb) { return new AA(); }
public static void main(String[] args) {
// 无参数，返回一个结果
Supplier s = ClassFunctionals::f1;
s.get();
// 比较两个对象，用于排序和比较操作
Comparator c = ClassFunctionals::f2;
c.compare(new AA(), new AA());
// 执行操作，通常是副作用操作，不需要返回结果
Consumer cons = ClassFunctionals::f3;
cons.accept(new AA());
// 执行操作，通常是副作用操作，不需要返回结果，接受两个参数
BiConsumer bicons = ClassFunctionals::f4;
bicons.accept(new AA(), new BB());
// 将输入参数转换成输出结果，如数据转换或映射操作
Function f = ClassFunctionals::f5;
CC cc = f.apply(new AA());
// 将两个输入参数转换成输出结果，如数据转换或映射操作
BiFunction bif = ClassFunctionals::f6;
cc = bif.apply(new AA(), new BB());
// 接受一个参数，返回 boolean 值： 测试参数是否满足特定条件
Predicate p = ClassFunctionals::f7;
boolean result = p.test(new AA());
// 接受两个参数，返回 boolean 值，测试两个参数是否满足特定条件
BiPredicate bip = ClassFunctionals::f8;
result = bip.test(new AA(), new BB());
// 接受一个参数，返回一个相同类型的结果，对输入执行单一操作并返回相同类型的结果，是 Function 的特殊情况
UnaryOperator uo = ClassFunctionals::f9;
AA aa = uo.apply(new AA());
// 接受两个相同类型的参数，返回一个相同类型的结果，将两个相同类型的值组合成一个新值，是 BiFunction 的特殊情况
BinaryOperator bo = ClassFunctionals::f10;
aa = bo.apply(new AA(), new AA());
}
} 以下是用表格整理的非基本类型的函数式接口：
| 函数式接口 | 特征 | 用途 | 方法名 |
|---|---|---|---|
| Supplier | 无参数，返回一个结果 | 获取值或实例，工厂模式，延迟计算 | T get() |
| Comparator | 接受两个参数，返回 int 值 | 比较两个对象，用于排序和比较操作 | int compare(T o1, T o2) |
| Consumer | 接受一个参数，无返回值 | 执行操作，通常是副作用操作，不需要返回结果 | void accept(T t) |
| BiConsumer | 接受两个参数，无返回值 | 执行操作，通常是副作用操作，不需要返回结果，接受两个参数 | void accept(T t, U u) |
| Function | 接受一个参数，返回一个结果 | 将输入参数转换成输出结果，如数据转换或映射操作 | R apply(T t) |
| BiFunction | 接受两个参数，返回一个结果 | 将两个输入参数转换成输出结果，如数据转换或映射操作 | R apply(T t, U u) |
| Predicate | 接受一个参数，返回 boolean 值 | 测试参数是否满足特定条件 | boolean test(T t) |
| BiPredicate | 接受两个参数，返回 boolean 值 | 测试两个参数是否满足特定条件 | boolean test(T t, U u) |
| UnaryOperator | 接受一个参数，返回一个相同类型的结果 | 对输入执行单一操作并返回相同类型的结果，是 Function 的特殊情况 | T apply(T t) |
| BinaryOperator | 接受两个相同类型的参数，返回一个相同类型的结果 | 将两个相同类型的值组合成一个新值，是 BiFunction 的特殊情况 | T apply(T t1, T t2) |
java.util.functional 中的接口是有限的，如果需要 3 个参数函数的接口怎么办？自己创建就可以了，如下：
