java函数式编程入门

以前写过一篇java8的流操作,人们都说流操作是函数式编程,但函数式编程是什么呢?

什么是函数式编程

什么是函数式编程?它是一种编程范式,即一切都是数学函数。函数式编程语言里也可以有对象,但通常这些对象都是恒定不变的 —— 要么是函数参数,要什么是函数返回值。函数式编程语言里没有 for/next 循环,因为这些逻辑意味着有状态的改变。相替代的是,这种循环逻辑在函数式编程语言里是通过递归、把函数当成参数传递的方式实现的。

函数式编程单看上面的理论无疑是无法理解的,所以,需要通过它的一些特点来感受什么是函数式编程

函数是"第一等公民"

所谓 第一等公民(first class),指的是函数与其他数据类型一样,处于平等地位, 可以赋值给其他变量,也可以作为参数,传入另一个函数,或者作为别的函数的返回值。 举例来说,下面代码中的print变量就是一个函数,可以作为另一个函数的参数。

只用"表达式",不用"语句"

"表达式"(expression)是一个单纯的运算过程,总是有返回值;"语句"(statement)是执行某种操作,没有返回值。函数式编程要求,只使用表达式,不使用语句。也就是说, 每一步都是单纯的运算,而且都有返回值。

原因是 函数式编程的开发动机,一开始就是为了处理运算(computation),不考虑系统的读写(I/O)。 "语句"属于对系统的读写操作,所以就被排斥在外。

当然,实际应用中,不做I/O是不可能的。因此,编程过程中,函数式编程只要求把I/O限制到最小,不要有不必要的读写行为,保持计算过程的单纯性。

没有"副作用"

所谓副作用(side effect),指的是函数内部与外部互动(最典型的情况,就是修改全局变量的值),产生运算以外的其他结果。

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函数式编程强调没有"副作用",意味着函数要保持独立,所有功能就是返回一个新的值,没有其他行为, 尤其是不得修改外部变量的值.有不少朋友问,如何深入学习Java后端技术栈,今天分享一个,互联网牛人整理出来的Java深入学习路线图,以及开发工具包,【戳我进入】学习裙。

不修改状态

上一点已经提到,函数式编程只是返回新的值, 不修改系统变量 。因此,不修改变量,也是它的一个重要特点。

在其他类型的语言中,变量往往用来保存"状态"(state)。不修改变量,意味着状态不能保存在变量中。函数式编程使用参数保存状态,最好的例子就是递归。

引用透明

引用透明(Referential transparency),指的是函数的运行不依赖于外部变量或"状态",只依赖于输入的参数,任何时候只要参数相同,引用函数所得到的返回值总是相同的。

OO(object oriented,面向对象)是抽象数据,FP(functional programming,函数式编程)是抽象行为。

在java中,函数式编程是通过 lambda表达式 实现的。

lambad表达式

基本表达形式如下:

Runnable noArguments = () -> System.out.println("Hello World");

Lambda 表达式的基本语法是:

->
->
  • 当只用一个参数,可以不需要括号 () 。 然而,这是一个特例。
  • 正常情况使用括号 () 包裹参数。 为了保持一致性,也可以使用括号 () 包裹单个参数,虽然这种情况并不常见。
  • 如果没有参数,则必须使用括号 () 表示空参数列表。
  • 对于多个参数,将参数列表放在括号 () 中。
  • 方法体的语句超过一句时,需要使用 {} ,并根据情况看是否需要 return

Lambda 表达式产生函数,而不是类。 在 JVM(Java Virtual Machine,Java 虚拟机)上,一切都是一个类,因此在幕后执行各种操作使 Lambda 看起来像函数 —— 但作为程序员,你可以高兴地假装它们“只是函数”。

函数接口

/** 强制 javac 检查一个接口是否符合函数接口的标准。如果该注释添加给一个枚举类型、类或另一个注释,或者接口包含不止一个抽象方法,javac 就会报错 **/
@FunctionalInterface //该注解不是必选项
interface Yunzhi {
//只包含一个抽象方法,称为函数式方法。
    String test(String s);
}


public class LambdaExpressions {

    static  Yunzhi yunzhi = x ->"this is  a" +  x ;

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(yunzhi.test("test"));

    }
}

yunzhi 实际上是实现了 Yunzhi 的 test() ,类似上面的这种接口叫函数式接口。

JDK 8 中提供了大量的函数接口,这些接口定义在 java.util.function 中,因此我们一般情况下不需再定义自己的接口,同时,各个接口的作用和名字都是相对应的,所以,了解函数式接口的命名模式就是很有必要的了。

以下是基本命名准则:

  1. 如果只处理对象而非基本类型,名称则为 Function , Consumer , Predicate 等。参数类型通过泛型添加。
  2. 如果接收的参数是基本类型,则由名称的第一部分表示,如 LongConsumer , DoubleFunction , IntPredicate 等,但基本 Supplier 类型例外。
  3. 如果返回值为基本类型,则用 To 表示,如 ToLongFunction <T> 和 IntToLongFunction 。
  4. 如果返回值类型与参数类型一致,则是一个运算符:单个参数使用 UnaryOperator ,两个参数使用 BinaryOperator 。
  5. 如果接收两个参数且返回值为布尔值,则是一个谓词(Predicate)。
  6. 如果接收的两个参数类型不同,则名称中有一个 Bi 。

下表描述了 java.util.function 中的目标类型(包括例外情况):

特征 数式方法名 示例
无参数; 
无返回值
Runnable (java.lang) 
run()
Runnable
无参数; 
返回类型任意
Supplier get() getAs类型()

Supplier <T>

BooleanSupplier

IntSupplier

LongSupplier

DoubleSupplier

无参数; 
返回类型任意
Callable (java.util.concurrent) 
call()
Callable <V>
1 参数; 
无返回值
Consumer accept() Consumer<T>

IntConsumer

LongConsumer

DoubleConsumer

2 参数 Consumer BiConsumer accept() BiConsumer<T,U>
2 参数 Consumer ; 
1 引用; 
1 基本类型
Obj类型Consumer accept() ObjIntConsumer<T>ObjLongConsumer<T> ObjDoubleConsumer<T>
1 参数; 
返回类型不同
Function apply() To类型 和 类型To类型 
applyAs类型()

Function <T,R>

IntFunction <R>

LongFunction<R>

DoubleFunction <R>

ToIntFunction <T>

ToLongFunction<T> ToDoubleFunction<T>

IntToLongFunction

IntToDoubleFunction

LongToIntFunction

LongToDoubleFunction

DoubleToIntFunction

DoubleToLongFunction

1 参数; 
返回类型相同
UnaryOperator apply() UnaryOperator<T>

IntUnaryOperator

LongUnaryOperator

DoubleUnaryOperator

2 参数类型相同; 
返回类型相同
BinaryOperatorapply() BinaryOperator<T>

IntBinaryOperator

LongBinaryOperator

DoubleBinaryOperator

2 参数类型相同; 
返回整型
Comparator 
(java.util) 
compare()
Comparator<T>
2 参数; 
返回布尔型
Predicate test() Predicate<T> BiPredicate<T,U>

IntPredicate

LongPredicate

DoublePredicate

参数基本类型; 
返回基本类型
类型To类型Function applyAs类型()

IntToLongFunction

IntToDoubleFunction

LongToIntFunction

LongToDoubleFunction

DoubleToIntFunction

DoubleToLongFunction

2 参数类型不同 Bi操作 (不同方法名) BiFunction<T,U,R> BiConsumer<T,U> BiPredicate<T,U>ToIntBiFunction<T,U> ToLongBiFunction<T,U> ToDoubleBiFunction<T>

其中最常用的是:

接下来实际的看看如何使用这些接口

class Foo {}

class Bar {
    Foo f;
    Bar(Foo f) { this.f = f; }
}

public class FunctionVariants {
    static Function<Foo, Bar> f1 = f -> new Bar(f);

    public static void main(String[] args) {
        Bar b = f1.apply(new Foo());
    }
}

学到这里才突然发现,虽然以前完全不知道函数接口这个东西,但实际上却已经在使用他了,比如 Comparator 广泛的运用在各种比较当中, pridect 也在spring的综合查询中使用过了。

关于函数式编程的争议

虽然在宣传中,函数式编程有着巨大的优势,比如适合 并行编程 、 代码可靠性 和 代码创建和库复用 ,但在某些大佬看来:

关于函数式编程能高效创建更健壮的代码这一观点仍存在部分争议。虽然已有一些好的范例,但还不足以证明纯函数式语言就是解决编程问题的最佳方法。

不管怎样,多学一学总是好的

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