Java8 函數式程式設計詳解

說起Java8，可能很多人都已經知道其最大的改進，就是引入了Lambda表達式與Stream，畢竟Java9都已近釋出了，Java8釋出了也已經近三年。那麼，今天我們就先來講一下Java8引入的Lambda表達式，以及由此引入的函數式程式設計，以及函數式接口。

什麼是函數式程式設計

函數式程式設計并不是Java新提出的概念，其與指令程式設計相比，強調函數的計算比指令的計算更重要；與過程化程式設計相比，其中函數的計算可以随時調用。

當然，大家應該都知道面向對象的特性（抽象、封裝、繼承、多态）。其實在Java8出現之前，我們關注的往往是某一類對象應該具有什麼樣的屬性，當然這也是面向對象的核心--對資料進行抽象。但是java8出現以後，這一點開始出現變化，似乎在某種場景下，更加關注某一類共有的行為（這似乎與之前的接口有些類似），這也就是java8提出函數式程式設計的目的。如圖1-1所示，展示了面向對象程式設計到面向行為程式設計的變化。

圖1-1

為什麼需要Lambda表達式

首先，不得不提增加Lambda的目的，其實就是為了支援函數式程式設計，而為了支援Lambda表達式，才有了函數式接口。另外，為了在面對大型資料集合時，為了能夠更加高效的開發，編寫的代碼更加易于維護，更加容易運作在多核CPU上，java在語言層面增加了Lambda表達式。

第一個Lambda表達式

前邊廢話了這麼多，其實Lambda就是Java新增的文法而已。當然，Lambda（我們認為這裡包含了方法引用）确實能夠給我們的開發帶來許多便利。

首先，在java8之前，如果需要建立一個線程，很大可能會寫出下面的代碼：

new Thread(new Runnable()) {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Hello World!");
    }
}).start();
           

但是Java8引入Lambda之後，也許這樣寫會更好：

new Thread(
    () -> System.out.println("Hello world!");
);
           

很明顯，Lambda可以幫助我們減少模闆代碼的書寫，同時減少了要維護的匿名内部類，當然，其作用絕不僅僅這麼一點（關于Lambda的具體使用，讀者可以參考java8函數式程式設計這本書，作者解析的很詳細）。接下來我們先來看一下java8關于接口的的變動。

Java8中接口的變化

其實Java9中關于接口，又有了進一步的變動，這裡我們暫且局限于Java8。在Java8中，接口可以包含靜态方法，另外還增加了一個用于修飾方法的關鍵字--default，稱之為預設方法（帶有方法體）。

• 靜态方法

其實Java8中增加靜态方法，目的完全出于編寫類庫，對某些行為進行抽象（還記得我們之前用類去做嗎？）。但是有一點不同的是：類中的靜态方法可以繼承，并且可以從執行個體獲得引用（并不建議這麼做）；但是接口中的靜态方法不能被繼承。

• 預設方法

其實，引入預設方法，是不得已而為之，因為Java8引入了函數式接口，許多像Collection這樣的基礎接口中增加了方法，如果還是一個傳統的抽象方法的話，那麼可能很多第三方類庫就會變得完全無法使用。為了實作二進制的向後相容性，引入了帶有方法體、被default修飾的方法--預設方法。其主要思想就是如果子類中沒有實作，那麼采用父類提供的預設實作。其具體的繼承規則如圖1-2所示。

圖1-2

其中Parent接口中定義了預設方法welcome；

Child接口對預設方法進行了覆寫；

ParentImpl繼承了Parent接口的方法；

ChildImpl繼承了Child的方法；

OverridingParent覆寫了父類的welcome；

OverridingChild最終的welcome來自于OverridingParent。

關于繼承規則，可以簡短描述為：類勝于接口；子類勝于父類；如果前兩者都不适用，那麼子類要麼實作該方法，要麼将該方法聲明為抽象方法。

函數式接口

關于接口的變動，Java8中新定義了一種接口類型，函數式接口，與其他接口的差別就是：

• 函數式接口中隻能有一個抽象方法（我們在這裡不包括與Object的方法重名的方法）；
• 可以有從Object繼承過來的抽象方法，因為所有類的最終父類都是Object；
• 接口中唯一抽象方法的命名并不重要，因為函數式接口就是對某一行為進行抽象，主要目的就是支援Lambda表達式。

Java8之前已經存在的函數式接口有：

java.lang.Runnable

java.util.concurrent.Callable

java.security.PrivilegedAction

java.util.Comparator

java.io.FileFilter

java.nio.file.PathMatcher

java.lang.reflect.InvocationHandler

java.beans.PropertyChangeListener

java.awt.event.ActionListener

javax.swing.event.ChangeListener

另外，Java8還提供了@FunctionalInterface注解來幫助我們辨別函數式接口。另外需要注意的是函數式接口的目的是對某一個行為進行封裝，某些接口可能隻是巧合符合函數式接口的定義。

如圖1-3所示，為java8的Function包的結構（即新引入的函數式接口），圖中綠色表示主要引入的新接口，其他接口基本上都是為了支援基本類型而添加的接口，方法的具體作用圖中有具體說明。

圖1-3

自定義函數式接口支援Lambda表達式

看下如下代碼，最終輸出應該是兩行"Hello World！"，是不是很神奇？

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Action action = System.out :: println;
        action.execute("Hello World!");
        test(System.out :: println, "Hello World!");
    }

    static void test(Action action, String str) {
        action.execute(str);
    }
}
@FunctionalInterface
interface Action<T> {
    public void execute(T t);
}
           

小結

本文對Lambda以及函數式接口進行了簡要介紹，目的是激發大家使用Lambda的興趣，步入函數式程式設計的大門。

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