Java8函数式编程之函数式接口

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今天，让我们一起深入探讨 Java 8 函数式编程的基石——函数式接口。

1. 什么是函数式接口？

核心定义：函数式接口是一个有且只有一个抽象方法的接口。

它就像是单一功能的蓝图，规定了“要做什么”，但不规定“具体怎么做”。Lambda 表达式则为这个蓝图提供了“具体怎么做”的实现。

关键点：

一个抽象方法：这是最核心的规则。注意，这里的“抽象方法”不包括从 Object 类继承的方法（如 toString, equals, hashCode），也不包括默认方法（default methods）和静态方法（static methods）。
@FunctionalInterface 注解：这个注解不是必须的，但强烈推荐使用。它的作用是告诉编译器：“请检查这个接口是否真的是一个函数式接口”。如果不是（比如有多个抽象方法），编译器就会报错，这可以防止无意中的错误，同时也让代码的意图更加清晰。

2. 为什么需要函数式接口？

函数式接口是 Lambda 表达式的类型。

Java 是一种强类型语言，任何表达式都必须有明确的类型。Lambda 表达式本身看起来是匿名的，但它需要被赋值给一个变量或传递给一个方法参数，这个变量或参数的类型就必须是某个“能够接收这段代码”的类型。

函数式接口就扮演了这个“类型”的角色。它定义了 Lambda 表达式的方法签名（参数和返回类型），使得编译器能够进行类型检查，确保 Lambda 表达式的写法是正确的。

简单来说：

函数式接口：定义了行为的类型（是什么）。
Lambda 表达式：提供了该行为的具体实现（怎么做）。

3. 函数式接口的特点

单一抽象方法：这是其根本特征。
兼容默认方法和静态方法：函数式接口完全可以拥有多个 default 或 static 方法，这不会破坏其“函数式”的身份。这为接口的演化提供了极大的便利。
目标类型：Lambda 表达式需要依赖于上下文来确定其类型，这个上下文类型就是“目标类型”（Target Type）。函数式接口提供了这个目标类型。

4. Java 8 内置的核心函数式接口

Java 8 在 java.util.function 包中为我们提供了一组丰富的内置函数式接口，涵盖了大部分常见的场景。掌握它们至关重要。

以下是四个最核心的接口：

接口	抽象方法	描述	用途	Lambda 示例
`Consumer<T>` (消费者)	`void accept(T t)`	消费一个参数，不返回结果	执行副作用操作，如打印、修改对象、发送消息	`(s) -> System.out.println(s)`
`Supplier<T>` (供应者)	`T get()`	提供一个结果，不接收参数	工厂模式，延迟计算，生成值	`() -> new ArrayList<>()`
`Function<T, R>` (函数)	`R apply(T t)`	转换：接收一个输入，产生一个输出	将一种类型的值转换为另一种类型，如计算、提取信息	`(s) -> s.length()`
`Predicate<T>` (断言)	`boolean test(T t)`	判断：接收一个输入，返回布尔值	过滤、条件检查	`(s) -> s.isEmpty()`

除了这四个核心接口，该包还提供了许多变体，以适应不同场景：

特定类型接口：避免装箱开销，如 IntConsumer, DoubleSupplier, LongFunction, IntPredicate。
多参数接口：如 BiConsumer<T,U>, BiFunction<T,U,R>, BiPredicate<T,U>。
二元操作接口：如 BinaryOperator<T>（继承自 BiFunction<T,T,T>），用于两个同类型参数的操作并返回同类型结果，比如 (a, b) -> a + b。

5. 如何自定义函数式接口

虽然 Java 提供了大量内置接口，但有时你可能需要为自己的特定场景定义一个。

步骤：

定义一个接口。
确保它只有一个抽象方法。
加上 @FunctionalInterface 注解。

示例：定义一个字符串处理器

@FunctionalInterface
public interface StringProcessor {
    // 单一抽象方法
    String process(String input);

    // 这不会破坏函数式接口的定义
    default void printDescription() {
        System.out.println("A functional interface for processing strings.");
    }

    // 静态方法也不会
    static String toLowerCase(String input) {
        return input.toLowerCase();
    }
}

使用自定义接口：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 使用 Lambda 实现自定义接口
        StringProcessor toUpperCase = (str) -> str.toUpperCase();
        StringProcessor addPrefix = (str) -> "Prefix: " + str;

        String result1 = toUpperCase.process("hello"); // 返回 "HELLO"
        String result2 = addPrefix.process("hello");   // 返回 "Prefix: hello"

        processString(input -> input.trim(), "  abc  "); // 也可以直接传递给方法
    }

    // 一个方法，接收 StringProcessor 行为作为参数
    public static void processString(StringProcessor processor, String input) {
        String result = processor.process(input);
        System.out.println(result);
    }
}

6. 函数式接口与 Lambda 和方法引用的关系

这三者构成了一个完美的闭环：

函数式接口是类型和规范。
Lambda 表达式是实现方式之一（内联编写代码）。
方法引用是另一种更简洁的实现方式（引用现有方法）。

List<String> list = Arrays.asList("a", "bb", "ccc");

// 1. 匿名内部类 (Java 8 前)
list.removeIf(new Predicate<String>() {
    @Override
    public boolean test(String s) {
        return s.length() > 2;
    }
});

// 2. Lambda 表达式 (提供内联实现)
list.removeIf(s -> s.length() > 2); // s -> s.length() > 2 就是 Predicate.test 的实现

// 3. 方法引用 (引用现有方法)
list.forEach(System.out::println); // System.out::println 就是 Consumer.accept 的实现

总结

函数式接口是只有一个抽象方法的接口，它是 Lambda 表达式和方法引用的目标类型。
@FunctionalInterface 注解用于编译器级别的检查，强烈推荐使用。
java.util.function 包提供了大量内置函数式接口（如 Consumer, Supplier, Function, Predicate），应优先使用它们。
你可以根据需要自定义函数式接口。
函数式接口、Lambda 表达式、方法引用三者紧密结合，共同构成了 Java 函数式编程的基础，使得行为参数化变得异常简单和优雅。