JavaSe·高级特性篇(八) Java8新特性函数式接口
1. 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。
“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：
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很简单：
public interface MyFunctionalInterface {
void myMethod();
}
1.3 @FunctionalInterface注解
与 @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:
@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：
// 使用自定义的函数式接口作为方法参数
private static void doSomething(MyFunctionalInterface inter) {
inter.myMethod(); // 调用自定义的函数式接口方法
}
public static void main(String[] args) {
// 调用使用函数式接口的方法
doSomething(() ‐> System.out.println("Lambda执行啦！"));
}
2. 函数式编程
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：
private static void log(int level, String msg) {
if (level == 1) {
System.out.println(msg);
}
}
public static void main(String[] args) {
String msgA = "Hello";
String msgB = "World";
String msgC = "Java";
log(1, msgA + msgB + msgC);
}
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。
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：
@FunctionalInterface
public interface MessageBuilder {
String buildMessage();
}
然后对 log 方法进行改造：
private static void log(int level, MessageBuilder builder) {
if (level == 1) {
System.out.println(builder.buildMessage());
}
}
public static void main(String[] args) {
String msgA = "Hello";
String msgB = "World";
String msgC = "Java";
log(1, () ‐> msgA + msgB + msgC );
}
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
private static void log(int level, MessageBuilder builder) {
if (level == 1) {
System.out.println(builder.buildMessage());
}
}
public static void main(String[] args) {
String msgA = "Hello";
String msgB = "World";
String msgC = "Java";
log(2, () ‐> {
System.out.println("Lambda执行！");
return msgA + msgB + msgC;
});
}
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。
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。
private static void startThread(Runnable task) {
new Thread(task).start();
}
public static void main(String[] args) {
startThread(() ‐> System.out.println("线程任务执行！"));
}
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。
private static Comparator<String> newComparator() {
return (a, b) ‐> b.length() ‐ a.length();
}
public static void main(String[] args) {
String[] array = { "abc", "ab", "abcd" };
System.out.println(Arrays.toString(array));
Arrays.sort(array, newComparator());
System.out.println(Arrays.toString(array));
}
直接return一个Lambda表达式即可
3. 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。
3.1 Supplier接口
java.util.function.Supplier 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。
private static String getString(Supplier<String> function) {
return function.get();
}
public static void main(String[] args) {
String msgA = "Hello";
String msgB = "World";
System.out.println(getString(() ‐> msgA + msgB));
}
求数组元素最大值
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
//定一个方法,方法的参数传递Supplier,泛型使用Integer
public static int getMax(Supplier<Integer> sup){
return sup.get();
}
public static void main(String[] args) {
int arr[] = {2,3,4,52,333,23};
//调用getMax方法,参数传递Lambda
int maxNum = getMax(()‐>{
//计算数组的最大值
int max = arr[0];
for(int i : arr){
if(i>max){
max = i;
}
}
return max;
});
System.out.println(maxNum);
}
3.2 Consumer接口
java.util.function.Consumer 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。
private static void consumeString(Consumer<String> function) {
function.accept("Hello");
}
public static void main(String[] args) {
consumeString(s -> System.out.println(s));
}
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：
default Consumer<T> andThen(Consumer<? super T> after) {
Objects.requireNonNull(after);
return (T t) ‐> { accept(t); after.accept(t); };
}
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。
private static void consumeString(Consumer<String> one, Consumer<String> two) {
one.andThen(two).accept("Hello");
}
public static void main(String[] args) {
consumeString(
s ‐> System.out.println(s.toUpperCase()),
s ‐> System.out.println(s.toLowerCase())
);
}
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
格式化打印信息
下面的字符串数组当中存有多条信息，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。
private static void printInfo(Consumer<String> one, Consumer<String> two, String[] array) {
for (String info : array) {
one.andThen(two).accept(info); // 姓名：迪丽热巴。性别：女。
}
}
public static void main(String[] args) {
String[] array = { "迪丽热巴, 女", "古力娜扎, 女", "马尔扎哈, 男" };
printInfo(
s ‐> System.out.print("姓名：" + s.split(",")[0]),
s ‐> System.out.println("。性别：" + s.split(",")[1] + "。"),
array
);
}
3.3 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。这时可以使用
java.util.function.Predicate 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
private static void method(Predicate<String> predicate) {
boolean veryLong = predicate.test("HelloWorld");
System.out.println("字符串很长吗：" + veryLong);
}
public static void main(String[] args) {
method(s ‐> s.length() > 5);
}
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”逻辑连接起来实现“并且”的效果时，可以使用default方法 and 。其JDK源码为：
default Predicate<T> and(Predicate<? super T> other) {
Objects.requireNonNull(other);
return (t) ‐> test(t) && other.test(t);
}
判断一个字符串既要包含大写“H”，又要包含大写“W”
private static void method(Predicate<String> one, Predicate<String> two) {
boolean isValid = one.and(two).test("Helloworld");
System.out.println("字符串符合要求吗：" + isValid);
}
public static void main(String[] args) {
method(s ‐> s.contains("H"), s ‐> s.contains("W"));
}
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源码为：
default Predicate<T> or(Predicate<? super T> other) {
Objects.requireNonNull(other);
return (t) ‐> test(t) || other.test(t);
}
实现逻辑“字符串包含大写H或者包含大写W”，那么代码只需要将“and”修改为“or”名称即可，其他都不变
private static void method(Predicate<String> one, Predicate<String> two) {
boolean isValid = one.or(two).test("Helloworld");
System.out.println("字符串符合要求吗：" + isValid);
}
public static void main(String[] args) {
method(s ‐> s.contains("H"), s ‐> s.contains("W"));
}
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源代码为：
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
private static void method(Predicate<String> predicate) {
boolean veryLong = predicate.negate().test("HelloWorld");
System.out.println("字符串很长吗：" + veryLong);
}
public static void main(String[] args) {
method(s ‐> s.length() < 5);
}
集合信息筛选
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：
- 必须为女生
- 姓名为4个字
public static void main(String[] args) {
String[] array = { "迪丽热巴,女", "古力娜扎,女", "马尔扎哈,男", "赵丽颖,女" };
List<String> list = filter(
array,
s ‐> "女".equals(s.split(",")[1]),
s ‐> s.split(",")[0].length() == 4
);
System.out.println(list);
}
private static List<String> filter(String[] array, Predicate<String> one,
Predicate<String> two) {
List<String> list = new ArrayList<>();
for (String info : array) {
if (one.and(two).test(info)) {
list.add(info);
}
}
return list;
}
3.4 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。
将 String 类型转换为 Integer 类型
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));
}
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源代码如：
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：
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);
}
第一个操作是将字符串解析成为int数字，第二个操作是乘以10。两个操作通过 andThen 按照前后顺序组合到了一起
请注意，Function的前置条件泛型和后置条件泛型可以相同。
自定义函数模型拼接
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：
String str = “赵丽颖,20”;
- 将字符串截取数字年龄部分，得到字符串；
- 将上一步的字符串转换成为int类型的数字；
- 将上一步的int数字累加100，得到结果int数字。
public static void main(String[] args) {
String str = "赵丽颖,20";
int age = getAgeNum(
str, s ‐> s.split(",")[1],
s ‐>Integer.parseInt(s),
n ‐> n += 100
);
System.out.println(age);
}
private static int getAgeNum(String str, Function<String, String> one, Function<String, Integer> two, Function<Integer, Integer> three) {
return one.andThen(two).andThen(three).apply(str);
}
