day23【函數式接口】
主要内容
自定義函數式接口
函數式程式設計
常用函數式接口
教學目标
能夠使用@FunctionalInterface注解
能夠自定義無參無傳回函數式接口
能夠自定義有參有傳回函數式接口
能夠了解Lambda延遲執行的特點
能夠使用Lambda作為方法的參數
能夠使用Lambda作為方法的傳回值
能夠使用Supplier函數式接口
能夠使用Consumer函數式接口
能夠使用Function函數式接口
能夠使用Predicate函數式接口
第一章 函數式接口
1.1 概念
函數式接口在Java中是指：有且僅有一個抽象方法的接口。
函數式接口，即适用于函數式程式設計場景的接口。而Java中的函數式程式設計展現就是Lambda，是以函數式接口就是可以适用于Lambda使用的接口。隻有確定接口中有且僅有一個抽象方法，Java中的Lambda才能順利地進行推導。
備注：“文法糖”是指使用更加友善，但是原理不變的代碼文法。例如在周遊集合時使用的for-each文法，其實底層的實作原理仍然是疊代器，這便是“文法糖”。從應用層面來講，Java中的Lambda可以被當做是匿名内部類的“文法糖”，但是二者在原理上是不同的。
1.2 格式
隻要確定接口中有且僅有一個抽象方法即可：
修飾符 interface 接口名稱 {
public abstract 傳回值類型 方法名稱(可選參數資訊);
// 其他非抽象方法内容
}
由于接口當中抽象方法的 public abstract 是可以省略的，是以定義一個函數式接口很簡單：
public interface MyFunctionalInterface {
void myMethod();
}
1.3 @FunctionalInterface注解
與 @Override 注解的作用類似，Java 8中專門為函數式接口引入了一個新的注解： @FunctionalInterface 。該注解可用于一個接口的定義上：
@FunctionalInterface
public interface MyFunctionalInterface {
void myMethod();
}
一旦使用該注解來定義接口，編譯器将會強制檢查該接口是否确實有且僅有一個抽象方法，否則将會報錯。需要注意的是，即使不使用該注解，隻要滿足函數式接口的定義，這仍然是一個函數式接口，使用起來都一樣。
1.4 自定義函數式接口
對于剛剛定義好的 MyFunctionalInterface 函數式接口，典型使用場景就是作為方法的參數：
public class Demo09FunctionalInterface {
// 使用自定義的函數式接口作為方法參數
private static void doSomething(MyFunctionalInterface inter) {
inter.myMethod(); // 調用自定義的函數式接口方法
}
public static void main(String[] args) {
// 調用使用函數式接口的方法
doSomething(() ‐> System.out.println("Lambda執行啦！"));
}
}
第二章 函數式程式設計
在兼顧面向對象特性的基礎上，Java語言通過Lambda表達式與方法引用等，為開發者打開了函數式程式設計的大門。下面我們做一個初探。
2.1 Lambda的延遲執行
有些場景的代碼執行後，結果不一定會被使用，進而造成性能浪費。而Lambda表達式是延遲執行的，這正好可以作為解決方案，提升性能。
性能浪費的日志案例
注:日志可以幫助我們快速的定位問題，記錄程式運作過程中的情況，以便項目的監控和優化。
一種典型的場景就是對參數進行有條件使用，例如對日志消息進行拼接後，在滿足條件的情況下進行列印輸出：
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);
}
}
這段代碼存在問題：無論級别是否滿足要求，作為 log 方法的第二個參數，三個字元串一定會首先被拼接并傳入方法内，然後才會進行級别判斷。如果級别不符合要求，那麼字元串的拼接操作就白做了，存在性能浪費。
備注：SLF4J是應用非常廣泛的日志架構，它在記錄日志時為了解決這種性能浪費的問題，并不推薦首先進行字元串的拼接，而是将字元串的若幹部分作為可變參數傳入方法中，僅在日志級别滿足要求的情況下才會進行字元串拼接。例如： LOGGER.debug("變量{}的取值為{}。", "os", "macOS") ，其中的大括号 {} 為占位符。如果滿足日志級别要求，則會将“os”和“macOS”兩個字元串依次拼接到大括号的位置；否則不會進行字元串拼接。這也是一種可行解決方案，但Lambda可以做到更好。
體驗Lambda的更優寫法
使用Lambda必然需要一個函數式接口：
@FunctionalInterface
public interface MessageBuilder {
String buildMessage();
}
然後對 log 方法進行改造：
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 );
}
}
這樣一來，隻有當級别滿足要求的時候，才會進行三個字元串的拼接；否則三個字元串将不會進行拼接。
證明Lambda的延遲
下面的代碼可以通過結果進行驗證：
public class Demo03LoggerDelay {
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執行！");
return msgA + msgB + msgC;
});
}
}
從結果中可以看出，在不符合級别要求的情況下，Lambda将不會執行。進而達到節省性能的效果。
擴充：實際上使用内部類也可以達到同樣的效果，隻是将代碼操作延遲到了另外一個對象當中通過調用方法來完成。而是否調用其所在方法是在條件判斷之後才執行的。
2.2 使用Lambda作為參數和傳回值
如果抛開實作原理不說，Java中的Lambda表達式可以被當作是匿名内部類的替代品。如果方法的參數是一個函數式接口類型，那麼就可以使用Lambda表達式進行替代。使用Lambda表達式作為方法參數，其實就是使用函數式接口作為方法參數。
例如 java.lang.Runnable 接口就是一個函數式接口，假設有一個 startThread 方法使用該接口作為參數，那麼就可以使用Lambda進行傳參。這種情況其實和 Thread 類的構造方法參數為 Runnable 沒有本質差別。
public class Demo04Runnable {
private static void startThread(Runnable task) {
new Thread(task).start();
}
public static void main(String[] args) {
startThread(() ‐> System.out.println("線程任務執行！"));
}
}
類似地，如果一個方法的傳回值類型是一個函數式接口，那麼就可以直接傳回一個Lambda表達式。當需要通過一個方法來擷取一個 java.util.Comparator 接口類型的對象作為排序器時,就可以調該方法擷取。
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));
}
}
其中直接return一個Lambda表達式即可。
第三章 常用函數式接口
JDK提供了大量常用的函數式接口以豐富Lambda的典型使用場景，它們主要在 java.util.function 包中被提供。
下面是最簡單的幾個接口及使用示例。
3.1 Supplier接口
java.util.function.Supplier<T> 接口僅包含一個無參的方法： T get() 。用來擷取一個泛型參數指定類型的對象資料。由于這是一個函數式接口，這也就意味着對應的Lambda表達式需要“對外提供”一個符合泛型類型的對象資料。
import java.util.function.Supplier;
public class Demo08Supplier {
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));
}
}
3.2 練習：求數組元素最大值
題目
使用 Supplier 接口作為方法參數類型，通過Lambda表達式求出int數組中的最大值。提示：接口的泛型請使用java.lang.Integer 類。
解答
public class Demo02Test {
//定一個方法,方法的參數傳遞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};
//調用getMax方法,參數傳遞Lambda
int maxNum = getMax(()‐>{
//計算數組的最大值
int max = arr[0];
for(int i : arr){
if(i>max){
max = i;
}
}
return max;
});
System.out.println(maxNum);
}
}
3.3 Consumer接口
java.util.function.Consumer<T> 接口則正好與Supplier接口相反，它不是生産一個資料，而是消費一個資料，其資料類型由泛型決定。
抽象方法：accept
Consumer 接口中包含抽象方法 void accept(T t) ，意為消費一個指定泛型的資料。基本使用如：
import java.util.function.Consumer;
public class Demo09Consumer {
private static void consumeString(Consumer<String> function) {
function.accept("Hello");
}
public static void main(String[] args) {
consumeString(s ‐> System.out.println(s));
}
}
當然，更好的寫法是使用方法引用。
預設方法：andThen
如果一個方法的參數和傳回值全都是 Consumer 類型，那麼就可以實作效果：消費資料的時候，首先做一個操作，然後再做一個操作，實作組合。而這個方法就是 Consumer 接口中的default方法 andThen 。下面是JDK的源代碼：
default Consumer<T> andThen(Consumer<? super T> after) {
Objects.requireNonNull(after);
return (T t) ‐> { accept(t); after.accept(t); };
}
備注： java.util.Objects 的 requireNonNull 靜态方法将會在參數為null時主動抛出NullPointerException 異常。這省去了重複編寫if語句和抛出空指針異常的麻煩。
要想實作組合，需要兩個或多個Lambda表達式即可，而 andThen 的語義正是“一步接一步”操作。例如兩個步驟組合的情況：
import java.util.function.Consumer;
public class Demo10ConsumerAndThen {
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()));
}
}
運作結果将會首先列印完全大寫的HELLO，然後列印完全小寫的hello。當然，通過鍊式寫法可以實作更多步驟的組合。
3.4 練習：格式化列印資訊
題目
下面的字元串數組當中存有多條資訊，請按照格式“ 姓名：XX。性别：XX。 ”的格式将資訊列印出來。要求将列印姓名的動作作為第一個 Consumer 接口的Lambda執行個體，将列印性别的動作作為第二個 Consumer 接口的Lambda執行個體，将兩個 Consumer 接口按照順序“拼接”到一起。
public static void main(String[] args) {
String[] array = { "迪麗熱巴,女", "古力娜紮,女", "馬爾紮哈,男" };
}
解答
import java.util.function.Consumer;
public class DemoConsumer {
public static void main(String[] args) {
String[] array = { "迪麗熱巴,女", "古力娜紮,女", "馬爾紮哈,男" };
printInfo(s ‐> System.out.print("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); // 姓名：迪麗熱巴。性别：女。
}
}
}
3.5 Predicate接口
有時候我們需要對某種類型的資料進行判斷，進而得到一個boolean值結果。這時可以使用
java.util.function.Predicate<T> 接口。
抽象方法：test
Predicate 接口中包含一個抽象方法： boolean test(T t) 。用于條件判斷的場景：
import java.util.function.Predicate;
public class Demo15PredicateTest {
private static void method(Predicate<String> predicate) {
boolean veryLong = predicate.test("HelloWorld");
System.out.println("字元串很長嗎：" + veryLong);
}
public static void main(String[] args) {
method(s ‐> s.length() > 5);
}
}
條件判斷的标準是傳入的Lambda表達式邏輯，隻要字元串長度大于5則認為很長。
預設方法：and
既然是條件判斷，就會存在與、或、非三種常見的邏輯關系。其中将兩個 Predicate 條件使用“與”邏輯連接配接起來實作“并且”的效果時，可以使用default方法 and 。其JDK源碼為
default Predicate<T> and(Predicate<? super T> other) {
Objects.requireNonNull(other);
return (t) ‐> test(t) && other.test(t);
}
如果要判斷一個字元串既要包含大寫“H”，又要包含大寫“W”，那麼：
import java.util.function.Predicate;
public class Demo16PredicateAnd {
private static void method(Predicate<String> one, Predicate<String> two) {
boolean isValid = one.and(two).test("Helloworld");
System.out.println("字元串符合要求嗎：" + isValid);
}
public static void main(String[] args) {
method(s ‐> s.contains("H"), s ‐> s.contains("W"));
}
}
預設方法：or
與 and 的“與”類似，預設方法 or 實作邏輯關系中的“或”。JDK源碼為：
default Predicate<T> or(Predicate<? super T> other) {
Objects.requireNonNull(other);
return (t) ‐> test(t) || other.test(t);
}
如果希望實作邏輯“字元串包含大寫H或者包含大寫W”，那麼代碼隻需要将“and”修改為“or”名稱即可，其他都不變：
import java.util.function.Predicate;
public class Demo16PredicateAnd {
private static void method(Predicate<String> one, Predicate<String> two) {
boolean isValid = one.or(two).test("Helloworld");
System.out.println("字元串符合要求嗎：" + isValid);
}
public static void main(String[] args) {
method(s ‐> s.contains("H"), s ‐> s.contains("W"));
}
}
預設方法：negate
“與”、“或”已經了解了，剩下的“非”（取反）也會簡單。預設方法 negate 的JDK源代碼為：
default Predicate<T> negate() {
return (t) ‐> !test(t);
}
從實作中很容易看出，它是執行了test方法之後，對結果boolean值進行“!”取反而已。一定要在 test 方法調用之前調用 negate 方法，正如 and 和 or 方法一樣：
import java.util.function.Predicate;
public class Demo17PredicateNegate {
private static void method(Predicate<String> predicate) {
boolean veryLong = predicate.negate().test("HelloWorld");
System.out.println("字元串很長嗎：" + veryLong);
}
public static void main(String[] args) {
method(s ‐> s.length() < 5);
}
}
3.6 練習：集合資訊篩選
題目
數組當中有多條“姓名+性别”的資訊如下，請通過 Predicate 接口的拼裝将符合要求的字元串篩選到集合ArrayList 中，需要同時滿足兩個條件：
1. 必須為女生；
2. 姓名為4個字。
public class DemoPredicate {
public static void main(String[] args) {
String[] array = { "迪麗熱巴,女", "古力娜紮,女", "馬爾紮哈,男", "趙麗穎,女" };
}
}
解答
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.function.Predicate;
public class DemoPredicate {
public static void main(String[] args) {
String[] array = { "迪麗熱巴,女", "古力娜紮,女", "馬爾紮哈,男", "趙麗穎,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;
}
}
3.7 Function接口
java.util.function.Function<T,R> 接口用來根據一個類型的資料得到另一個類型的資料，前者稱為前置條件，後者稱為後置條件。
抽象方法：apply
Function 接口中最主要的抽象方法為： R apply(T t) ，根據類型T的參數擷取類型R的結果。
使用的場景例如：将 String 類型轉換為 Integer 類型。
import java.util.function.Function;
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));
}
}
當然，最好是通過方法引用的寫法。
預設方法：andThen
Function 接口中有一個預設的 andThen 方法，用來進行組合操作。JDK源代碼如：
default <V> Function<T, V> andThen(Function<? super R, ? extends V> after) {
Objects.requireNonNull(after);
return (T t) ‐> after.apply(apply(t));
}
該方法同樣用于“先做什麼，再做什麼”的場景，和 Consumer 中的 andThen 差不多：
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);
}
}
第一個操作是将字元串解析成為int數字，第二個操作是乘以10。兩個操作通過 andThen 按照前後順序組合到了一起。請注意，Function的前置條件泛型和後置條件泛型可以相同。
3.8 練習：自定義函數模型拼接
題目
請使用 Function 進行函數模型的拼接，按照順序需要執行的多個函數操作為：
String str = "趙麗穎,20";
1. 将字元串截取數字年齡部分，得到字元串；
2. 将上一步的字元串轉換成為int類型的數字；
3. 将上一步的int數字累加100，得到結果int數字。
解答
import java.util.function.Function;
public class DemoFunction {
public static void main(String[] args) {
String str = "趙麗穎,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);
}
}
![變量作用域及局部變量，成員變量，靜态變量的差別[圖]](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAP///wAAACwAAAAAAQABAAACAkQBADs=)