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函数式接口

发布于2020-03-28 23:56:05，更新于2021-09-14 23:10:35，标签：java  文章会持续修订，转载请注明来源地址：https://meethigher.top/blog

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中的函数式编程提现就是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，当然，接口中可以包含其他方法：默认方法、静态方法、私有方法

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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其实很简单。

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public interface MyFunctionalInterface {
    void myMethod();
}

1.3 @FunctionalInterface注解

与@Override注解的作用类似，java8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

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@FunctionalInterface
public interface MyFunctionalInterface {
    void myMethod();
}

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。

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

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public class Demo02 {
	//定义一个方法，参数使用函数式接口Demo01FunctionalInterface
	public static void show(Demo01FunctionalInterface myInter) {
		myInter.method();
	}
	public static void main(String[] args) {
		//调用show方法，方法的参数是一个接口，所以可以传递接口的实现类对象
		show(new Demo01FunctionalInterfaceImpl());
		
		//调用show方法，方法的参数是一个接口，所以可以传递接口的匿名内部类
		show(new Demo01FunctionalInterface() {
			
			@Override
			public void method() {
				// TODO Auto-generated method stub
				System.out.println("使用匿名内部类重写接口中的抽象方法");
			}
		});
		
		//调用show方法，方法的参数是一个函数式接口，所以，我们可以，传递Lambda表达式
		show(()->{
			System.out.println("使用Lambda表达式重写接口中的抽象方法");
		});
		
		//简化Lambda表达式
		show(()->System.out.println("使用Lambda简化表达式重写"));
	}
}

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。

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法，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。

注：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。

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public class Demo03Logger {
	//定义一个根据日志的级别，显示日志信息的方法
	public static void showLog(int level,String message) {
		//对日志等级进行判断，如果是1级别，那么输出日志信息
		if(level==1) {
			System.out.println(message);
		}
	}
	public static void main(String[] args) {
		//定义三个日志信息
		String msg1="Hello";
		String msg2="World";
		String msg3="Java";
		
		//调用showLog方法，传递日志级别和日志信息
		showLog(1,msg1+msg3+msg3);
	}
}

上面这样的写法，就存在浪费，用showLog方法，传递的第二个参数是一个拼接后的字符串，先把字符串拼接好，再调用showLog方法，showLog方法中，如果传递的等级不是1级，那么就不会输出拼接后的字符串，所以，就是白拼接了，存在了性能浪费

体验Lambda的更优写法

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//MessageBuilder.java
@FunctionalInterface
public interface MessageBuilder {
	//定义一个拼接消息的抽象方法，方法返回被拼接的消息
	public abstract String builderMessage();
}

//Demo01Lambda.java
public class Demo04Lambda {
	// 定义一个显示日志的方法，方法的参数显示日志的等级，和MessageBuilder接口
	public static void showLog(int level, MessageBuilder mb) {
		// 对日志的等级进行判断，如果是1级，则调用MessageBuilder接口的builderMessage方法
		if (level == 1) {
			mb.builderMessage();
		}
	}

	public static void main(String[] args) {
		// 定义三个日志信息
		String msg1 = "Hello";
		String msg2 = "World";
		String msg3 = "Java";

		// 调用showLog方法，参数MessageBuilder是一个函数式接口，所以可以传递Lambda表达式
		showLog(1,()->msg1+msg2+msg3);
	}
}

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，日志的等级是1级，才会调用接口中的方法

如果条件不满足，那么就不会调用执行方法，所以拼接字符串的代码也不会执行，就不会存在性能浪费问题了

证明Lambda的延迟

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public class Demo04Lambda {
	// 定义一个显示日志的方法，方法的参数显示日志的等级，和MessageBuilder接口
	public static void showLog(int level, MessageBuilder mb) {
		// 对日志的等级进行判断，如果是1级，则调用MessageBuilder接口的builderMessage方法
		if (level == 1) {
			mb.builderMessage();
		}
	}

	public static void main(String[] args) {
		// 定义三个日志信息
		String msg1 = "Hello";
		String msg2 = "World";
		String msg3 = "Java";

		// 调用showLog方法，参数MessageBuilder是一个函数式接口，所以可以传递Lambda表达式
		showLog(1,()->{
            System.out.println("不满足条件不执行");
            return msg1+msg2+msg3
        });
	}
}

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表达式可以被当做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。

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public class Demo05Runnable {
	public static void startThread(Runnable run) {
		new Thread(run).start();
	}
	public static void main(String[] args) {
		//调用startThread方法，方法的参数是一个接口，那么我们可以传递这个接口的匿名内部类
		startThread(new Runnable() {
			
			@Override
			public void run() {
				// TODO Auto-generated method stub
				System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+"线程启动了");
			}
		});
		
		//调用startThread方法，方法的参数是一个函数式接口，所以可以传递Lambda表达式
		startThread(()->{
			System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+"线程启动了");
		});
		
		//优化Lambda表达式
		startThread(()->System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+"线程启动了"));
	}
}

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，就可以调用该方法获取。

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public class Demo06Comparator {
	//定义一个方法，方法的返回值类型使用函数式接口Comparator
	public static Comparator<String> getComparator(){
		//方法的返回值类型是一个接口，那么我们可以返回接口的匿名内部类
//		return new Comparator<String>() {
//
//			@Override
//			public int compare(String o1, String o2) {
//				// TODO Auto-generated method stub
//				return o2.length()-o1.length();
//			}
//		};
		
		//方法的返回值类型是一个函数式接口，所以我们可以返回一个Lambda表达式
//		return (String o1,String o2)->{return o2.length()-o1.length();};
		
		//优化Lambda表达式
		return (o1,o2)->o2.length()-o1.length();
	}
	public static void main(String[] args) {
		String[] arr= {
				"bbb","aaa","b","ccc","dddddd"
		};
		//输出原顺序
		System.out.println(Arrays.toString(arr));
		//调用Arrays中的sort方法，对字符串数组进行排序
		Arrays.sort(arr,getComparator());
		//输出排序后的结果
		System.out.println(Arrays.toString(arr));
	}
}

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及丰富的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以及使用示例。

java14官方文档，请点击

3.1 Supplier接口

java.util.function.Supplier<T>接口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。

Supplier<T>接口被称之为生产型接口，指定接口的泛型是什么类型，那么接口中的get方法就会生产什么类型的数据

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public class Demo07Supplier {
	//定义一个方法，方法的参数传递Supplier<T>接口，泛型指定String，get方法就会返回一个字符串
	public static String getString(Supplier<String> sup) {
		return sup.get();
	}
	public static void main(String[] args) {
		//调用getString方法，方法的参数Supplier是一个函数式接口，所以可以传递Lambda表达式
//		String s=getString(()->{
//			//生产一个字符串，并返回
//			return "胡歌";
//		});
		
		//优化Lambda表达式
		String s=getString(()->"胡歌");
		System.out.println(s);
	}
}

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：接口的泛型使用java.lang.Integer类

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public class Demo07SupplierPractice {
	//定义一个方法，用于获取int类型数组中元素的最大值，方法的参数传递Supplier接口，泛型使用Integer
	public static int getMax(Supplier<Integer> sup) {
		return sup.get();
	}
	public static void main(String[] args) {
		int[] arr= {
				1,3,1,5,6,7,8,33
		};
		//调用getMax方法，方法的参数是一个函数式接口，所以可以传递Lambda表达式
		int max=getMax(()->{
			//获取数组的最大值，并且返回
			//定义一个变量，把数组中的第一个元素赋值给该变量，让他记录数组中元素的最大值
			int num=arr[0];
			//遍历数组，获取数组中的其他元素
			for(int i:arr) {
				if(i>num)
					num=i;
			}
			return num;
		});
		System.out.println(max);
		
		
	}
}

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。

Consumer接口是一个消费型几口，泛型执行什么类型，就可以使用accept方法，消费什么类型的数据。

至于具体怎么消费（使用），就需要自定义（输出，计算，…）

基本使用如

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public class Demo08Consumer {
	/*
	 * 定义一个方法
	 * 方法的参数传递一个字符串的姓名
	 * 方法的参数传递Consumer接口，泛型使用字符串
	 * 可以使用Consumer接口来消费字符串的姓名
	 */
	public static void method(String name,Consumer<String> con) {
		con.accept(name);
	}
	public static void main(String[] args) {
		//调用method方法，传递字符串姓名，方法的另一个参数是Consumer接口，是一个函数式接口，所以可以传递Lambda表达式
		method("任盈盈",(name)->{
			//对传递的字符串进行消费
			//消费方式：直接输出字符串
			System.out.println(name);
			//消费方式：把字符串进行反转输出
			System.out.println(new StringBuilder(name).reverse().toString());
		});
	}

}

当然，更好的方法是使用方法引用。

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

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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的语义正式“一步接一步”操作。

con1.andThen(con2).accept(s)谁写前边谁先消费

例如两个步骤组合的情况。

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public class Demo09Consumer {
	//定义一个方法，方法的参数传递一个字符串和两个Consumer接口，Consumer接口也是用字符串
	public static void method(String s,Consumer<String> con1,Consumer<String> con2) {
//		con1.accept(s);
//		con2.accept(s);
		
		con2.andThen(con1).accept(s);
	}
	public static void main(String[] args) {
		//调用method方法，传递一个字符串和两个Lambda表达式
		method("hello",(s)->{
			//消费方式：把字符串转换为大写输出
			System.out.println(s.toUpperCase());
		},(s)->{
			//消费方式：把字符串转换为小写输出
			System.out.println(s.toLowerCase());
		});
	}

}

通过链式写法可以实现更多步骤的组合。

3.4 练习：格式化打印信息

题目

下面的字符串数组当中有多条信息，请按照格式“姓名：xx。性别：xx。“的格式将信息打印出来。要求将打印姓名的动作作为第一个Consumer接口的Lambda实例，将打印性别的动作作为第二个Consumer接口的Lambda实例，将两个Consumer接口按照顺序”拼接“到一起。

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String[] arr= {
	"迪丽热巴，女","古力娜扎，女","马尔扎哈，男"
};

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public class Demo10FormatPrint {
	//定义一个方法，参数传递String类型的数组和两个Consumer接口，泛型使用String
	public static void printInfo(String[] arr,Consumer<String> con1,Consumer<String> con2) {
		for(String s:arr) {
			con1.andThen(con2).accept(s);
		}
	}
	public static void main(String[] args) {
		String[] arr= {
				"迪丽热巴，女","古力娜扎，女","马尔扎哈，男"
		};
		printInfo(arr, (s)->{
			System.out.println("姓名："+s.split("，")[0]);
		}, (s)->{
			System.out.println("性别："+s.split("，")[1]);
		});
	}
}

3.5 Predicate接口

有时候我们需要对某种类型的数据进行判断，从而得到一个boolean值结果。这是可以使用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：

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public class Demo11Predicate {
	//定义一个方法，参数传递一个String类型的字符串，传递一个Predicate接口，泛型使用String
	//使用Predicate中的test()，对字符串进行判断，并把判断的结果返回
	public static boolean checkString(String s,Predicate<String> pre) {
		return pre.test(s);
	}
	public static void main(String[] args) {
		//定义一个字符串
		String s="abcde";
		
		//调用checkString方法，对字符串进行校验，参数传递字符串和Lambda表达式
		boolean bool=checkString(s,(str)->{
			//对参数传递的字符串进行判断，判断字符串的长度是否大于5
			//并把判断的结果返回
			return str.length()>5;
		});
        //上面这个Lambda表达式是可以优化的
        
		System.out.println(bool);
	}
}

条件判断的标准是传入的Lambda表达式逻辑，只要字符串长度大于5则认为很长。

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”逻辑谅解起来实现”并且”的效果时，可以使用default方法and。其jdk源码：

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default Predicate<T> and(Predicate<? super T> other) {
        Objects.requireNonNull(other);
        return (t) -> test(t) && other.test(t);
}

如果要判断一个字符串既要长度大于5，又要包含大写”a”，那么：

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public class Demo11Predicate_and {
	//定义一个方法，方法的参数，传递一个字符串，传递两个Predicate接口
	//一个判断字符串的长度是否大于5
	//一个判断字符串是否包含a
	//两个条件必须同时满足
	public static boolean checkString(String s,Predicate<String> pre1,Predicate<String> pre2) {
//		return pre1.test(s)&&pre2.test(s);//这是常规写法
		return pre1.and(pre2).test(s);
	}
	public static void main(String[] args) {
		//定义一个字符串
		String s="abcdef";
		//调用checkString方法，参数传递字符串和两个Lambda表达式
		boolean b=checkString(s,(t)->{
			return t.length()>5;
		},(t)->{
			return t.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

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default Predicate<T> or(Predicate<? super T> other) {
     Objects.requireNonNull(other);
     return (t) -> test(t) || other.test(t);
}

如果希望实现逻辑”字符串包含大写H或者大写W”，那么代码只需要将”and”修改为”or”名称即可，其他都不变

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public class Demo13Predicate_or {
	//定义一个方法，方法的参数，传递一个字符串，传递两个Predicate接口
	//一个判断字符串的长度是否大于5
	//一个判断字符串是否包含a
	//两个条件满足一个即可
	public static boolean checkString(String s,Predicate<String> pre1,Predicate<String> pre2) {
//		return pre1.test(s)||pre2.test(s);//这是常规写法
		return pre1.or(pre2).test(s);
	}
	public static void main(String[] args) {
		//定义一个字符串
		String s="abcdef";
		//调用checkString方法，参数传递字符串和两个Lambda表达式
		boolean b=checkString(s,(t)->{
			return t.length()>5;
		},(t)->{
			return t.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源码

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default Predicate<T> negate() {
       return (t) -> !test(t);
   }

从实现中很容易看出，它是执行了test方法之后，对结果Boolean值进行”!”取反而已。一定要在test方法调用之前调用negate方法，正如and和or方法一样

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/*
 * 需求：判断一个字符串长度是否大于5
 * 如果长度大于5，那么返回false，如果字符串的长度不大于5，那么返回true
 * 所以，我们可以使用取反符号，对判断的结果进行取反
 */
public class Demo14Predicate_negate {
	public static boolean checkString(String s,Predicate<String> pre) {
//		return !pre.test(s);
		return pre.negate().test(s);
	}
	public static void main(String[] args) {
		String s="abcdef";
		boolean bool=checkString(s,(t)->{
			return t.length()>5;
		});
		System.out.println(bool);
	}
}

3.6 练习：集合信息筛选

题目

数组当中有多条”姓名+性别”的信息如下，请通过Predicate接口的拼装将符合要求的字符串筛选到集合ArrayList中，需要同时满足两个条件：

  1. 必须为女生
  2. 姓名为4个子
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String[] array={
    "迪丽热巴，女","马尔扎哈，男","古力娜扎，女","任盈盈，女"
};

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public class Demo15Predicate {
	public static ArrayList<String> filter(String[] array,Predicate<String> pre1,Predicate<String> pre2) {
		ArrayList<String> list=new ArrayList<String>();
		for(String s:array) {
			boolean b=pre1.and(pre2).test(s);
			if(b)
				list.add(s);
		}
		return list;
	}
	public static void main(String[] args) {
		String[] array= {
				"迪丽热巴，女","马尔扎哈，男","任盈盈，女","古力娜扎，女"
		};
		ArrayList<String> list=filter(array, (s)->{
			return s.split("，")[0].length()==4;
		}, (s)->{
			return s.split("，")[1].equals("女");
		});
		System.out.println(list.toString());
	}
}

3.7 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

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public class Demo16Function {
	/*
	 * 定义一个方法
	 * 方法的参数传递一个字符串类型的整数
	 * 方法的参数传递一个Function接口，泛型使用<String,Integer>
	 * 使用Function接口中的方法apply，把字符串类型的整数，转换为Integer类型的整数
	 * 
	 */
	public static void change(String s,Function<String, Integer> func) {
//		Integer in=func.apply(s);
		int in=func.apply(s);//自动拆箱
		System.out.println(in);
	}
	public static void main(String[] args) {
		//定义一个字符串类型的整数
		String s="1234";
		//调用change方法，传递字符串类型的整数，和Lambda表达式
//		change(s, (t)->{
//			return Integer.parseInt(t);
//		});
		
		//优化
		change(s,t->Integer.parseInt(t));
	}
}

当然最好是通过方法引用的写法

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源码如

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default <V> Function<T, V> andThen(Function<? super R, ? extends V> after) {
        Objects.requireNonNull(after);
        return (T t) -> after.apply(apply(t));
}

该方法同样用于”先做什么，再做什么”的场景，和Consumer中的andThen差不多

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public class Demo17Function_andThen {
	public static String change(String s,Function<String, Integer> func1,Function<Integer, String> func2) {
//		int n=func1.apply(s);
//		return func2.apply(n);
		//func1先调用apply方法，把字符串转换为Integer，func2调用apply方法，把Integer转换为字符串
		return func1.andThen(func2).apply(s);
	}
	public static void main(String[] args) {
		String s="10";
//		System.out.println(change(s,(t)->{
//			return Integer.parseInt(s)+10;
//		},(t)->{
//			return t.toString();
//		}));
		
		//优化Lambda
		System.out.println(change(s,t->Integer.parseInt(s)+10,t->t.toString()));
	}
}

第一个操作是将字符串解析成为int数字后加10，第二个操作是将int转为字符串。两个操作通过andThen按照前后顺序组合到了一起

注意：Function的前置条件泛型和后置条件泛型可以相同

3.8 练习：自定义函数模型拼接

题目

请使用Function进行函数模型的拼接，按照顺序需要执行的多个函数操作为：

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String s="任盈盈，18";
  1. 将字符串截取数字年龄部分，得到字符串
  2. 将上一步的字符串转换成int类型的数字
  3. 将上一步的int数字累加100,得到结果int数字

解答

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/*
 * 1. 将字符串截取数字年龄部分，得到字符串
 *   Function<String,String> "任盈盈，18"->"18"
 * 2. 将上一步的字符串转换成int类型的数字
 *   Function<String,Integer> "18"->18
 * 3. 将上一步的int数字累加100,得到结果int数字
 *   Function<Integer,Integer> 18->118
 */
public class Demo18Practice {
	public static void main(String[] args) {
		String s="任盈盈，18";
		System.out.println(change(s,t->t.split("，")[1],t->Integer.parseInt(t),t->t+100));
	}
	public static int change(String s,Function<String, String> func1,Function<String, Integer> func2,Function<Integer, Integer> func3) {
		return func1.andThen(func2).andThen(func3).apply(s);
	}
}
发布：2020-03-28 23:56:05
修改：2021-09-14 23:10:35
链接：https://meethigher.top/blog/2020/functional-interface/
标签：java 
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