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。
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:
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注解
作用:可以检测接口是否是一个函数式接口
是:编译成功
否:编译失败(接口中没有抽象方法抽象方法的个数多于1个
@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。
Override注解
@Override注解
检查方法是否为重写的方法
是:编译成功
否:编译失败
1.4 自定义函数接口的使用
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:
public class Demo09FunctionalInterface
{
// 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
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案,提升性能。
(匿名内部类在编译的时候会产生一个内部类的“.class”文件,而Lambda表达式则没有类似的文件产生)
性能浪费的日志案例
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。
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:
public class Demo01Logger {
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。
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。
Lambda的更优写法
(注意,Lambda表达式是接口内抽象方法的缩写,与接口无关,我们只需要关注抽象方法的参数与其语句,然后将抽象方法参数与语句修改为Lambda表达式即可。如果实在想不出Lambda表达式怎么写,可以先用匿名内部类实现再转换)
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:
public class Demo02LoggerLambda
{
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 );
}
}
上面这段代码如果使用匿名内部类,也是可以实现的。注意对比依稀匿名内部类与Lambda表达式的不同之处
public class Demo02LoggerLambda
{
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, new MessageBuilder()//这里插入其他参数,匿名内部类的buildMessage()方法同样无法执行。也可以达到和Lambda表达式同样的效果。
{
@Override
public String buildMessage()
{
return msgA + msgB + msgC;
}
});
}
}
证明Lambda的延迟
下面的代码可以通过结果进行验证:
public class Demo02LoggerLambda
{
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;
} );
}
}
}
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。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。
public class Demo04Runnable
{
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!"));
}
}
上面也可以用匿名内部类表示
public class Demo04Runnable
{
private static void startThread(Runnable task)
{
new Thread(task).start();
}
public static void main(String[] args)
{
startThread(new Runnable(){
public void run()
{
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。
import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;
public class Demo06Comparator {
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));
}
}
上面也可以用匿名内部类表示
import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;
public class Demo06Comparator {
private static Comparator<String> newComparator()
{
return new Comparator<String>()
{
@Override
public int compare(String a, String b) {
return 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());//当然也可以在这里直接使用匿名内部类
System.out.println(Arrays.toString(array));
}
}
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。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 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。
import java.util.function.Supplier;
public class SupplierTest
{
private static String getString(Supplier<String> func)
{
return func.get();
}
public static void main(String[] args)
{
String msgA = "Hello";
String msgB = "World";
/*
System.out.println(getString(new Supplier<String>()
{
@Override
public String get()
{
return msgA + msgB;
}
}));
*/
//上面这一段也可以写为Lambda表达式
System.out.println(getString(() -> msgA + msgB));
}
}
3.2 练习:用Supplier接口求数组元素最大值
代码如下
package lkj.demo1;
import java.util.function.Supplier;
public class SupplierTest
{
private static Integer getMax(Supplier<Integer> func)
{
return func.get();
}
public static void main(String[] args)
{
int arr[] = {2,3,4,52,333,23};
/*
System.out.println(getMax(new Supplier<Integer>()
{
@Override
public Integer get()
{
int max = arr[0];
for(int i: arr)
{
if(i>max)
max = i;
}
return max;
}
}));
*/
//上面这一段也可以写为Lambda表达式
System.out.println(getMax( () -> {
int max = arr[0];
for(int i: arr)
{
if(i>max)
max = i;
}
return max;
}));
}
}
3.3 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。
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:
package lkj.demo1;
import java.util.function.Consumer;
public class ConsumerTest
{
private static void consumeString(Consumer<String> func)
{
func.accept("hello");
}
public static void main(String[] args)
{
/*
consumeString(new Consumer<String>()
{
@Override
public void accept(String s)
{
System.out.println(s);
}
});
*/
/*
consumeString((String s) -> {
System.out.println(s);
});
*/
consumeString(s -> System.out.println(s));
}
}
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:(JDK1.8之后接口可以有默认方法与静态方法,JDK9之后接口还可以有私有方法)
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 的语义正是“一步接一步”操作。例如两个步骤组
合的情况:
package lkj.demo1;
import java.util.function.Consumer;
public class ConsumerTest
{
private static void consumeString(Consumer<String> one,Consumer<String> two)
{
//andThen要和accep方法一起使用,功能其实就是使得第一个Consumer对象one先执行accept方法进行消费
//随后另一个Consumer对象two接着执行accept方法进行消费。既先做一个再做另一个.
//这里2个对象的accept方法的内容可以不同,但是2个对象所执行的accept方法的参数是一致的
one.andThen(two).accept("hello");
}
public static void main(String[] args)
{
//注意这个方法有2个接口类型的参数,因此要实现2次匿名内部类
// 这里要注意格式!!!因为要实现2个接口的匿名内部类,看起来比较复杂
/*
consumeString(new Consumer<String>()
{
@Override
public void accept(String s)
{
System.out.println(s.toUpperCase());
}
}, new Consumer<String>()
{
@Override
public void accept(String s)
{
System.out.println(s.toLowerCase());
}
});
*/
/*
consumeString(
(String s)-> {System.out.println(s.toUpperCase());},
(String s)-> {System.out.println(s.toLowerCase());}
);
*/
consumeString(
s -> System.out.println(s.toUpperCase()),
s -> System.out.println(s.toLowerCase())
);
}
}
/*
结果
HELLO
hello
*/
3.4 练习: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。
package lkj.demo1;
import java.util.function.Consumer;
public class ConsumerTest
{
public static void main(String[] args)
{
String[] array = { "迪丽热巴,女" , "古力娜扎,女" , "马尔扎哈,男" };
/*
printInfo(new Consumer<String>()
{
@Override
public void accept(String s)
{
System.out.println("姓名:"+s.split(",")[0]);
}
}, new Consumer<String>()
{
@Override
public void accept(String s)
{
System.out.println("性别:"+s.split(",")[1]);
}
} , array);
*/
/*
printInfo(
(String s) -> {System.out.println(s.split(",")[0]);},
(String s) -> {System.out.println(s.split(",")[1]);},
array
);
*/
printInfo(
s -> System.out.println(s.split(",")[0]),
s -> System.out.println(s.split(",")[1]),
array
);
}
private static void printInfo(Consumer<String> one,Consumer<String> two,String[] arr)
{
for (String info : arr)
{
//这里2个对象的accept方法的内容可以不同,但是2个对象所执行的accept方法的参数是相同的
one.andThen(two).accept(info);
}
}
}
/*
结果
HELLO
hello
*/
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: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。
package lkj.demo1;
import java.util.function.Predicate;
public class PredicateTest
{
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(new Predicate<String>()
{
@Override
public boolean test(String s)
{
return s.length()>5;
}
});
*/
// method((String s) -> {return s.length()>5;});
method(s -> s.length()>5);
}
}
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);
}
如果要判断一个字符串既要包含大写“H”,又要包含小写“w”,那么:
package lkj.demo1;
import java.util.function.Predicate;
public class PredicateTest
{
private static void method(Predicate<String> pre1 , Predicate<String> pre2)
{
//2个对象一起调用test方法,且2个对象的test方法的参数相同
//这里的默认方法and用于判断2个对象的test方法是否全部返回true,
// 当2个Predicate对象的test方法全部返回true,最后结果才为true
boolean isValid = pre1.and(pre2).test("Helloworld");
System.out.println("字符串符合要求吗:" + isValid);
}
public static void main(String[] args)
{
/*
method(new Predicate<String>()
{
@Override
public boolean test(String s)
{
return s.contains("H");
}
}, new Predicate<String>()
{
@Override
public boolean test(String s)
{
return s.contains("w");
}
});
*/
method(s -> s.contains("H") , s -> s.contains("w"));
}
}
//结果:只有2个对象的test方法都返回true,“and”最后的结果才是true
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);
}
如果希望实现逻辑“字符串包含大写H或者包含小写"w”,那么代码只需要将“and”修改为“or”名称即可,其他都不变:
package lkj.demo1;
import java.util.function.Predicate;
public class PredicateTest
{
private static void method(Predicate<String> pre1 , Predicate<String> pre2)
{
//2个对象一起调用test方法,且2个对象的test方法的参数相同
// 当2个Predicate对象的test方法至少有一个返回true,最后结果为true
boolean isValid = pre1.or(pre2).test("Helloworld");
System.out.println("字符串符合要求吗:" + isValid);
}
public static void main(String[] args)
{
/*
method(new Predicate<String>()
{
@Override
public boolean test(String s)
{
return s.contains("H");
}
}, new Predicate<String>()
{
@Override
public boolean test(String s)
{
return s.contains("w");
}
});
*/
method(s -> s.contains("H") , s -> s.contains("w"));
}
}
//结果:当2个对象的test方法有一个返回true,“or”最后的结果为true
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:
package lkj.demo1;
import java.util.function.Predicate;
public class PredicateTest
{
private static void method(Predicate<String> pre)
{
//这里只有一个Predicate对象,只是对原来test方法判断结果取反
boolean veryLong = pre.negate().test("Helloworld");
System.out.println("字符串很长吗:" + veryLong);
}
public static void main(String[] args)
{
/*
method(new Predicate<String>()
{
@Override
public boolean test(String s)
{
return s.length()<5;
}
});
*/
method(s -> s.length()<5);
}
}
3.6 练习: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。
package lkj.demo1;
import java.lang.reflect.Array;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.function.Predicate;
public class PredicateTest
{
private static List<String> filter(Predicate<String> pre1 , Predicate<String> pre2 , String[] array)
{
List<String> list = new ArrayList<>();
for(String info : array)
{
if(pre1.and(pre2).test(info))
list.add(info);
}
return list;
}
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" };
//使用2个Predicate对象判断,对info信息进行切割,一个Predicate对象判断性别,另一个判断姓名长度
//使用and方法,当2个对象都返回true,结果为true
/*
//匿名内部类实现
List<String> list = filter(new Predicate<String>()
{
@Override
public boolean test(String s)
{
return "女".equals(s.split(",")[1]);
}
}, new Predicate<String>()
{
@Override
public boolean test(String s)
{
return s.split(",")[0].length() == 4;
}
} , array);
*/
List<String> list = filter(
s -> "女".equals(s.split(",")[1]) ,
s -> s.split(",")[0].length() == 4 , array);
System.out.println(list);
}
}
//结果:[迪丽热巴,女, 古力娜扎,女]
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。
package lkj.demo1;
import java.util.function.Function;
public class FunctionTest
{
private static void method(Function<String,Integer> func)
{
int num = func.apply("10");
System.out.println(num + 20);
}
public static void main(String[] args)
{
/*
method(new Function<String, Integer>()
{
@Override
public Integer apply(String s)
{
return Integer.parseInt(s);//返回一个Integer类型的数据
}
});
*/
// method((String s) -> {return Integer.parseInt(s);});
method(s -> Integer.parseInt(s));
}
}
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:
package lkj.demo1;
import java.util.function.Function;
public class FunctionTest
{
private static void method(Function<String,Integer> func1,Function<Integer,Integer> func2)
{
//这里类似于Consumer对象的andThen方法,但是Consumer是前后2个对象的accept方法的参数相同
//既前后2个对象执行accept的时候使用同一个参数,但是accept方法中对不同参数的处理不同
//而Function对象则是第一个对象先处理apply方法的参数,获取一个结果再将结果发回给第二个对象的apply方法,作为第二个对象apply方法的参数
//第一个Function对象先执行apply方法,操作数据“10”,将String类型的10转换为Integer类型的10
//接下来第二个Function对象再执行apply方法,将Integer类型的20乘以10转换为Integer类型的200
int num = func1.andThen(func2).apply("10");
System.out.println(num + 20);
}
public static void main(String[] args)
{
/*
method(new Function<String, Integer>()
{
@Override
public Integer apply(String s)
{
return Integer.parseInt(s)+10;//获得Integer类型的结果——20
}
}, new Function<Integer, Integer>()
{
@Override
public Integer apply(Integer i)//注意,这里的Integer参数是第一个Function对象处理结果——20
{
return i *= 10;
}
});
*/
method(s -> Integer.parseInt(s)+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
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:
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。
package lkj.demo1;
import java.util.function.Function;
public class FunctionTest
{
private static int getAgeNum(String str , Function<String,String> func1,
Function<String,Integer> func2,
Function<Integer, Integer> func3)
{
return func1.andThen(func2).andThen(func3).apply(str);
}
public static void main(String[] args)
{
String str = "赵丽颖,20";
/*
int age = getAgeNum(str, new Function<String, String>()
{
@Override
public String apply(String s)
{
return str.split(",")[1];
}
}, new Function<String, Integer>()
{
@Override
public Integer apply(String s)
{
return Integer.parseInt(s) ;
}
}, new Function<Integer, Integer>()
{
@Override
public Integer apply(Integer i)
{
return i += 100;
}
});
*/
int age = getAgeNum(str , s -> s.split(",")[1] ,
s -> Integer.parseInt(s) ,
i -> i += 100);
System.out.println(age);
}
}
本文介绍了Java中的函数式接口概念,包括@FunctionalInterface注解,自定义函数接口的使用。讨论了函数式编程,特别是Lambda表达式的延迟执行特性,以及如何用Lambda替换匿名内部类。还探讨了Java提供的常用函数式接口,如Supplier、Consumer、Predicate和Function,并给出了相关练习示例。
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