【Java】函数式接口(一)

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简介: 本期主要介绍函数式接口

第一章 函数式接口


1.1 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。

1.2 格式


只要确保接口中有且仅有一个抽象方法即可:

image.png

1.3 @FunctionalInterface注解


@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:

image.png

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。

1.4 自定义函数式接口


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

image.png

第二章 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。下面我们做一个初探。

2.1 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

:日志可以帮助我们快速的定位问题,记录程序运行过程中的情况,以便项目的监控和优化。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:

image.png

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

使用 Lambda 必然需要一个函数式接口:

image.png

image.png

这样一来,只有当级别满足要求的时候,才会进行三个字符串的拼接;否则三个字符串将不会进行拼接。

证明Lambda的延迟

下面的代码可以通过结果进行验证:

image.png

从结果中可以看出,在不符合级别要求的情况下, Lambda 将不会执行。从而达到节省性能的效果。

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。

2.2 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。

image.png

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。

image.png

其中直接return一个Lambda表达式即可。

第三章 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。

下面是最简单的几个接口及使用示例。

3.1 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。

image.png

3.2 练习:求数组元素最大值


题目

使用 Supplier 接口作为方法参数类型,通过Lambda表达式求出int数组中的最大值。提示:接口的泛型请使用

java.lang.Integer 类。

解答

image.png

3.3 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:

image.png

当然,更好的写法是使用方法引用。

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:

image.png

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:

image.png

运行结果将会首先打印完全大写的HELLO,然后打印完全小写的hello。当然,通过链式写法可以实现更多步骤的组合。

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