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Java基础篇(05)：函数式编程概念和应用

时间：2019-11-29 21:04:37

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文章目录

一、函数式概念二、函数与方法三、JDK函数基础1、Lambda表达式2、函数式接口四、Optional类1、Null判断2、Optional应用五、Stream流六、源代码地址

一、函数式概念

函数式编程是一种结构化编程的范式，主要思想是把运算过程尽量写成系列嵌套的函数调用。函数编程的概念表述带有很抽象的感觉，可以基于案例看：

public class Function01 {public static void main(String[] args) {// 运算：（x+y）* cint x1 = 2 ;int y1 = 3 ;int c1 = 4 ;int sum1 = x1 + y1 ;int res1 = sum1 * c1 ;System.out.println("res1 = "+res1);}}

这里基于过程的方式做计算，上面的代码块着重在描述程序执行过程。

在看基于函数的方式解决方法：

public class Function02 {public static void main(String[] args) {// 函数式计算System.out.println("func01 = "+func01(2,3,4));}private static int func01 (int x,int y,int c){return (x+y)*c;}}

函数式编程的核心要素：传入参数，执行逻辑，返回值，也可以没有返回值。

函数式的编程风格侧重描述程序的执行逻辑，不是执行过程。

同上面计算过程相比，函数式编程也减少很多临时变量的创建，代码风格也变的简洁清楚。

二、函数与方法

在Java语言中有函数式编程风格，但是Java代码中没有函数的说法，而是称为：方法；

public class Function03 {public static void main(String[] args) {Func03 func03 = new Func03();func03.add(2);System.out.println(func03.res1);}}class Func03 {public int res1 = 0 ;public void add (int a1){this.res1 = a1 +1 ;}}

类定义引用数据类型，类实例化后的对象可以调用类内部的方法和数据，这是最直观的感觉。

但是方法又有静态和非静态的区别，静态方法属于类所有，类实例化前即可使用。

非静态方法可以访问类中的任何成员变量和方法，并且必须是类实例化后的对象才可以调用。

三、JDK函数基础

1、Lambda表达式

Lambda表达式也可称为闭包，是推动Java8发布的最重要新特性，允许把函数作为一个方法的参数（函数作为参数传递进方法中）。

这里就很鲜明的对比Lambda表达式语法和传统用法。

public class Lambda01 {interface LambdaOpera {int operation(int a, int b);}public static void main(String[] args) {LambdaOpera lambdaOpera = new LambdaOpera(){@Overridepublic int operation(int a, int b) {return a * b ;}};System.out.println(lambdaOpera.operation(3,2));LambdaOpera lambdaOpera01 = (int a, int b) -> a + b;LambdaOpera lambdaOpera02 = (int a, int b) -> a - b;System.out.println(lambdaOpera01.operation(3,2));System.out.println(lambdaOpera02.operation(3,2));}}

在看一个直观的应用案例，基于Lambda的方式创建线程，可以使代码变的更加简洁紧凑:

public class Lambda02 {public static void main(String[] args) {new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 2; i++) {System.out.println(i);}}}).start();// 对比 Lambda 方式new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 2; i++) {System.out.println(i);}}).start();}}

在看一下Runnable接口的结构：

FunctionalInterface标记在接口上，表示该接口是函数式接口，并且该接口只包含一个抽象方法，

@FunctionalInterfacepublic interface Runnable {public abstract void run();}

Lambda表达式本身可以理解为就是一个接口的实现过程，这里runnable就是完整的Lambda表达式声明：

public class Lambda04 {public static void main(String[] args) {Runnable runnable = () -> {System.out.println("run one...");};Thread thread = new Thread(runnable);thread.start();}}

Lambda表达式最直观的作用就是使得代码变得异常简洁，并且可以作为参数传递。

2、函数式接口

Lambda表达式虽然有很多优点，但是使用的时候需要定义一些接口用来完成编码，这样又使得表达式又变得重量级，Java8自身已经提供几个常见的函数式接口。

Function：输入一个参数，返回一个结果；Consumer：输入一个参数，不返回结果；BiFunction：输入两个参数，返回一个结果；BiConsumer：输入两个参数，不返回任何结果；

public class Lambda05 {public static void main(String[] args) {Function<Integer, Integer> function01 = x -> x * 2;System.out.println(function01.apply(2));BiFunction<Integer, Integer, Integer> function02 = (x, y) -> x * y;System.out.println(function02.apply(2, 3));Consumer<String> consumer01 = msg -> System.out.println("msg:"+msg);consumer01.accept("hello");BiConsumer<String,Integer> consumer02 = (msg,i)-> System.out.println(msg+":"+i);consumer02.accept("world",3);}}

如果面对更复杂的业务需求，可以自定义函数式接口去解决。

四、Optional类

1、Null判断

Optional类是Java函数式编程的应用，主要用来解决常见的空指针异常问题。

在Java编程的开发中，很多地方都能常见空指针异常的抛出，如果想避免这个问题就要加入很多判断：

public class Optional01 {public static void main(String[] args) {User user = new User(1,"hello") ;if (user != null){if (user.getName() != null){System.out.println(user.getName());}}}}

为了确保程序不抛出空指针这种低级的错误，在程序中随处可以null的判断，代码显然冗余和繁杂。

2、Optional应用

基于Optional类创建的对象可能包含空值和null值，也同样会抛出对应的异常：

public class Optional02 {public static void main(String[] args) {// NoSuchElementExceptionOptional<User> optionalUser = Optional.empty();optionalUser.get();// NullPointerExceptionOptional<User> nullOpt = Optional.of(null);nullOpt.get();}}

所以在不明确对象的具体情况下，使用ofNullable()方法:

public class Optional03 {public static void main(String[] args) {User user = new User(1,"say");Optional<User> optionalUser = Optional.ofNullable(user);if (optionalUser.isPresent()){System.out.println(optionalUser.get().getName());}User user1 = null ;User createUser = Optional.ofNullable(user1).orElse(createUser());System.out.println(createUser.getName());User user2 = null ;Optional.ofNullable(user2).orElseThrow( ()-> new RuntimeException());;}public static User createUser (){return new User(2,"hello") ;}}

这样看下来Optional结合链式方法和Lambda表达式就很大程度上简化了应用的代码量：

public class Optional04 {public static void main(String[] args) {// 1、map转换方法User user = new User(99, "Java");// user = null ;String name = Optional.ofNullable(user).map(u -> u.getName()).orElse("c++");System.out.println(name);// 2、过滤方法Optional<User> optUser01 = Optional.ofNullable(user).filter(u -> u.getName() != null && u.getName().contains("c++"));// NoSuchElementExceptionSystem.out.println(optUser01.get().getName());}}

Optional提供null处理的各种方法，可以简洁很多代码判断，但是在使用风格上和之前变化很大。

五、Stream流

如果Optional简化很多Null的判断，那Stream流的API则简化了很多集合的遍历判断，同样也是基于函数式编程。

上述为Stream接口继承关系如图，同样提供一些特定接口和较大的包装接口，通过源码查看，可以看到和函数编程也是密切相关。

public class Stream01 {public static void main(String[] args) {Stream<String> stream = Stream.of("hello", "java");stream.forEach(str -> System.out.print(str+";"));}}

Stream与函数接口结合使用，函数接口又可以使用Lambda表达式进行简化代码。在Java8通过Stream可以大量简化集合使用的代码复杂度。

public class Stream02 {public static void main(String[] args) {// 1、转换StreamList<String> list = Arrays.asList("java+；", "c++；", "net；");list.stream();// 2、forEach操作list.stream().forEach(System.out::print);// 3、map映射，输出 3，4IntStream.rangeClosed(2,3).map(x->x+1).forEach(System.out::println);// 4、filter过滤list.stream().filter(str -> str.contains("+")).forEach(System.out::print);// 5、distinct去重Integer[] arr = new Integer[]{3, 1, 3, 1, 2,4};Stream.of(arr).distinct().forEach(System.out::println);// 6、sorted排序Stream.of(arr).sorted().forEach(System.out::println);// 7、collect转换List<String> newList = list.stream().filter(str -> str.contains("+")).collect(Collectors.toList());newList.stream().forEach(System.out::print);}}

在没有Stream相关API之前，对于集合的操作和遍历都会产生大量的代码，通过Stream相关API集合的函数式编程和Lambda表达式的风格，简化集合很多操作。