Java—函数式接口
1.自定义函数式接口
1.1概述
函数式接口在Java中是指：**有且仅有一个抽象方法的接口。**当然接口中可以包含其他的方法（默认，静态，私有）。
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：
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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，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：
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@FunctionalInterfacepublic 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 Hello { public static void show(MyFunctionalInterface p) { p.method1(); } public static void main(String[] args) throws IOException { //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 xppmzzz()); //调用show方法，方法的参数是一个接口，所以我们可以传递接口的匿名内部类 show(new MyFunctionalInterface() { @Override public void method1() { 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，所以我们可以用Lambda表达式 show(() -> System.out.println("使用Lamdba表达式重写接口中的持续方法")); }} |
2.函数式编程
2.1Lambda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
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：
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public class Demo01Logger { public static void main(String[] args) { String a = "小皮皮"; String b = "美滋滋"; String c = "哈哈哈"; log(1, a + b + c); } private static void log(int level, String s) { if (level == 1) { System.out.println(s); } }} |
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。
- 体验Lambda的更优写法
使用Lambda必然需要一个函数式接口：
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@FunctionalInterfacepublic interface MessageBuilder { String buildMessage();} |
然后对 log 方法进行改造：
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public class Demo02LoggerLambda { public static void main(String[] args) { String a = "小皮皮"; String b = "美滋滋"; String c = "哈哈哈"; log(1, () -> a + b + c); /* log(1, new MessageBuilder() { @Override public String buildMessage() { return a + b + c; } }); */ } private static void log(int level, MessageBuilder builder) { if (level == 1) { System.out.println(builder.buildMessage()); } }} |
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
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public class Demo02LoggerLambda { public static void main(String[] args) { String a = "小皮皮"; String b = "美滋滋"; String c = "哈哈哈"; log(2, () -> { System.out.println("Lambda执行！"); return a + b + c; }); /* log(2, new MessageBuilder() { @Override public String buildMessage() { System.out.println("Lambda执行！"); return a + b + c; } }); */ } private static void log(int level, MessageBuilder builder) { if (level == 1) { System.out.println(builder.buildMessage()); } }} |
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。
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public class demoRunnable { private static void startVThread(Runnable task){ new Thread(task).start(); } public static void main(String[] args) { startVThread(() -> 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。
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public class mainCompartator { public static void main(String[] args) { String[] s = {"aaa", "bbbb", "c", "ppppp"}; System.out.println(Arrays.toString(s)); Arrays.sort(s, newComparator()); System.out.println(Arrays.toString(s)); } private static Comparator<String> newComparator() { return (a, b) -> b.length() - a.length(); }} |
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。
3.1Supplier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。
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public class mainCompartator { public static void main(String[] args) { String a = "Hello"; String b = "World"; System.out.println(getString(() -> a + b)); /* System.out.println(getString(new Supplier<String>() { @Override public String get() { return a + b; } })); */ } private static String getString(Supplier<String> funcation) { return funcation.get(); }} |
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：接口的泛型请使用 java.lang.Integer 类。
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public class mainCompartator { public static void main(String[] args) { int a[] = {322, 24, 3, 35, 3, 53, 2544}; int maxA = getMax(() -> { int max = a[0]; for (int i : a) { max = Math.max(i, max); } return max; }); /* int maxA = getMax(new Supplier<Integer>() { @Override public Integer get() { int max = a[0]; for (int i : a) { max = Math.max(i, max); } return max; } }); */ System.out.println(maxA); } public static int getMax(Supplier<Integer> sup) { return sup.get(); }} |
3.2Consumer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。基本使用如：
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public class mainCompartator { public static void main(String[] args) { consumeString(s -> System.out.println(s)); /* consumeString(new Consumer<String>() { @Override public void accept(String s) { System.out.println(s); } }); */ } public static void consumeString(Consumer<String> function){ function.accept("Hello"); }} |
- 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 的语义正是“一步接一步”操作。例如两个步骤组合的情况：
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public class mainCompartator { public static void main(String[] args) { consumString(s-> System.out.println(s.toUpperCase()),s-> System.out.println(s.toLowerCase())); } public static void consumString(Consumer<String> one, Consumer<String> two) { one.andThen(two).accept("xppmzz"); }} |
题目：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。
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public class mainCompartator { public static void main(String[] args) { String[] array = {"xpp,男", "mzz,男", "hhh,女"}; printInfo(s -> System.out.println("姓名:" + s.split(",")[0]), s -> System.out.println("性别：" + s.split(",")[1]), array); } private static void printInfo(Consumer<String> one, Consumer<String> two, String[] array) { for (String info : array) { one.andThen(two).accept(info); } }} |
3.3Predicate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：
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public class Demo15PredicateTest {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); }} |
- 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：
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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包含大写“H”，又要包含大写“W”，那么：
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public class mainCompartator { public static void main(String[] args) { method(s -> s.contains("H"), s -> s.contains("W")); } private static void method(Predicate<String> one, Predicate<String> two) { boolean res = one.and(two).test("HeLLoWorld"); System.out.println("字符串复合要求吗?" + res); }} |
- 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：
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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：
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public class mainCompartator { public static void main(String[] args) { method(s -> s.contains("H"), s -> s.contains("W")); } private static void method(Predicate<String> one, Predicate<String> two) { boolean res = one.or(two).test("heLLoworld"); System.out.println("字符串符合要求吗?" + res); }} |
- 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：
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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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public class mainCompartator { public static void main(String[] args) { method(s -> s.length() < 5); } private static void method(Predicate<String> predicate) { boolean verLong = predicate.negate().test("HelloWorld"); System.out.println("字符串很长吗？" + verLong); }} |
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：
- 必须为女生；
- 姓名为3个字
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public class mainCompartator { public static void main(String[] args) { String[] array = {"xpp,女", "mzz,男", "hhh,女"}; List<String> ans = method(s -> s.split(",")[0].length() == 3, s -> s.split(",")[1].equals("女"), array); System.out.println(ans); } private static List<String> method(Predicate<String> one, Predicate<String> two, String[] array) { List<String> res = new ArrayList<>(); for (String s : array) { if (one.and(two).test(s)) res.add(s); } return res; }} |
3.4Function接口
Function接口 java.util.function.Function 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 Demo11FunctionApply {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)); }} |
- 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：
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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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import java.util.function.Function;public class Demo12FunctionAndThen {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); }} |
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。
注意：Function的前置条件泛型和后置条件泛型可以相同。
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