Java8新特性之函數式編程的示例分析

小編給大家分享一下Java8新特性之函數式編程的示例分析，相信大部分人都還不怎么了解，因此分享這篇文章給大家參考一下，希望大家閱讀完這篇文章后大有收獲，下面讓我們一起去了解一下吧！

首先需要清楚一個概念：函數式接口；它指的是有且只有一個未實現的方法的接口，一般通過FunctionalInterface這個注解來表明某個接口是一個函數式接口。函數式接口是Java支持函數式編程的基礎。

1 Java8函數式編程語法入門

Java8中函數式編程語法能夠精簡代碼。
使用Consumer作為示例，它是一個函數式接口，包含一個抽象方法accept，這個方法只有輸入而無輸出。
現在我們要定義一個Consumer對象，傳統的方式是這樣定義的：

Consumer c = new Consumer() {
    @Override
    public void accept(Object o) {
        System.out.println(o);
    }
};

而在Java8中，針對函數式編程接口，可以這樣定義：

Consumer c = (o) -> {
    System.out.println(o);
};

上面已說明，函數式編程接口都只有一個抽象方法，因此在采用這種寫法時，編譯器會將這段函數編譯后當作該抽象方法的實現。
如果接口有多個抽象方法，編譯器就不知道這段函數應該是實現哪個方法的了。
因此，=后面的函數體我們就可以看成是accept函數的實現。

輸入：->前面的部分，即被()包圍的部分。此處只有一個輸入參數，實際上輸入是可以有多個的，如兩個參數時寫法：(a, b);當然也可以沒有輸入，此時直接就可以是()。 函數體：->后面的部分，即被{}包圍的部分；可以是一段代碼。輸出：函數式編程可以沒有返回值，也可以有返回值。如果有返回值時，需要代碼段的最后一句通過return的方式返回對應的值。

當函數體中只有一個語句時，可以去掉{}進一步簡化：

Consumer c = (o) -> System.out.println(o);

然而這還不是最簡的，由于此處只是進行打印，調用了System.out中的println靜態方法對輸入參數直接進行打印，因此可以簡化成以下寫法：

Consumer c = System.out::println;

它表示的意思就是針對輸入的參數將其調用System.out中的靜態方法println進行打印。
到這一步就可以感受到函數式編程的強大能力。
通過最后一段代碼，我們可以簡單的理解函數式編程，Consumer接口直接就可以當成一個函數了，這個函數接收一個輸入參數，然后針對這個輸入進行處理；當然其本質上仍舊是一個對象，但我們已經省去了諸如老方式中的對象定義過程，直接使用一段代碼來給函數式接口對象賦值。
而且最為關鍵的是，這個函數式對象因為本質上仍舊是一個對象，因此可以做為其它方法的參數或者返回值，可以與原有的代碼實現無縫集成！

下面對Java中的幾個預先定義的函數式接口及其經常使用的類進行分析學習。

2 Java函數式接口

2.1 Consumer

Consumer是一個函數式編程接口； 顧名思義，Consumer的意思就是消費，即針對某個東西我們來使用它，因此它包含有一個有輸入而無輸出的accept接口方法；
除accept方法，它還包含有andThen這個方法；
其定義如下：

default Consumer<T> andThen(Consumer<? super T> after) {
    Objects.requireNonNull(after);
    return (T t) -> { accept(t); after.accept(t); };
}

可見這個方法就是指定在調用當前Consumer后是否還要調用其它的Consumer；
使用示例：

public static void consumerTest() {
    Consumer f = System.out::println;
    Consumer f2 = n -> System.out.println(n + "-F2");

    //執行完F后再執行F2的Accept方法
    f.andThen(f2).accept("test");

    //連續執行F的Accept方法
    f.andThen(f).andThen(f).andThen(f).accept("test1");
}

2.2 Function

Function也是一個函數式編程接口；它代表的含義是“函數”，而函數經常是有輸入輸出的，因此它含有一個apply方法，包含一個輸入與一個輸出；
除apply方法外，它還有compose與andThen及indentity三個方法，其使用見下述示例；

/**
 * Function測試
 */
public static void functionTest() {
    Function<Integer, Integer> f = s -> s++;
    Function<Integer, Integer> g = s -> s * 2;

    /**
     * 下面表示在執行F時，先執行G，并且執行F時使用G的輸出當作輸入。
     * 相當于以下代碼：
     * Integer a = g.apply(1);
     * System.out.println(f.apply(a));
     */
    System.out.println(f.compose(g).apply(1));

    /**
     * 表示執行F的Apply后使用其返回的值當作輸入再執行G的Apply；
     * 相當于以下代碼
     * Integer a = f.apply(1);
     * System.out.println(g.apply(a));
     */
    System.out.println(f.andThen(g).apply(1));

    /**
     * identity方法會返回一個不進行任何處理的Function，即輸出與輸入值相等； 
     */
    System.out.println(Function.identity().apply("a"));
}

2.3 Predicate

Predicate為函數式接口，predicate的中文意思是“斷定”，即判斷的意思，判斷某個東西是否滿足某種條件； 因此它包含test方法，根據輸入值來做邏輯判斷，其結果為True或者False。
它的使用方法示例如下：

/**
 * Predicate測試
 */
private static void predicateTest() {
    Predicate<String> p = o -> o.equals("test");
    Predicate<String> g = o -> o.startsWith("t");

    /**
     * negate: 用于對原來的Predicate做取反處理；
     * 如當調用p.test("test")為True時，調用p.negate().test("test")就會是False；
     */
    Assert.assertFalse(p.negate().test("test"));

    /**
     * and: 針對同一輸入值，多個Predicate均返回True時返回True，否則返回False；
     */
    Assert.assertTrue(p.and(g).test("test"));

    /**
     * or: 針對同一輸入值，多個Predicate只要有一個返回True則返回True，否則返回False
     */
    Assert.assertTrue(p.or(g).test("ta"));
}

3 函數式編程接口的使用

通過Stream以及Optional兩個類，可以進一步利用函數式接口來簡化代碼。

3.1 Stream

Stream可以對多個元素進行一系列的操作，也可以支持對某些操作進行并發處理。

3.1.1 Stream對象的創建

Stream對象的創建途徑有以下幾種

a. 創建空的Stream對象

Stream stream = Stream.empty();

b. 通過集合類中的stream或者parallelStream方法創建；

List<String> list = Arrays.asList("a", "b", "c", "d");
Stream listStream = list.stream();                   //獲取串行的Stream對象
Stream parallelListStream = list.parallelStream();   //獲取并行的Stream對象

c. 通過Stream中的of方法創建：

Stream s = Stream.of("test");
Stream s1 = Stream.of("a", "b", "c", "d");

d. 通過Stream中的iterate方法創建：
iterate方法有兩個不同參數的方法：

public static<T> Stream<T> iterate(final T seed, final UnaryOperator<T> f);  
public static<T> Stream<T> iterate(T seed, Predicate<? super T> hasNext, UnaryOperator<T> next)

其中第一個方法將會返回一個無限有序值的Stream對象：它的第一個元素是seed，第二個元素是f.apply(seed); 第N個元素是f.apply(n-1個元素的值)；生成無限值的方法實際上與Stream的中間方法類似，在遇到中止方法前一般是不真正的執行的。因此無限值的這個方法一般與limit等方法一起使用，來獲取前多少個元素。
當然獲取前多少個元素也可以使用第二個方法。
第二個方法與第一個方法生成元素的方式類似，不同的是它返回的是一個有限值的Stream；中止條件是由hasNext來斷定的。

第二種方法的使用示例如下：

/**
 * 本示例表示從1開始組裝一個序列，第一個是1，第二個是1+1即2，第三個是2+1即3..，直接10時中止；
 * 也可簡化成以下形式：
 *        Stream.iterate(1,
 *        n -> n <= 10,
 *        n -> n+1).forEach(System.out::println);
 * 寫成以下方式是為簡化理解
 */
Stream.iterate(1,
        new Predicate<Integer>() {
            @Override
            public boolean test(Integer integer) {
                return integer <= 10;
            }
        },
    new UnaryOperator<Integer>() {
        @Override
        public Integer apply(Integer integer) {
            return integer+1;
        }
}).forEach(System.out::println);

e. 通過Stream中的generate方法創建
與iterate中創建無限元素的Stream類似，不過它的每個元素與前一元素無關，且生成的是一個無序的隊列。也就是說每一個元素都可以隨機生成。因此一般用來創建常量的Stream以及隨機的Stream等。
示例如下：

/**
 * 隨機生成10個Double元素的Stream并將其打印
 */
Stream.generate(new Supplier<Double>() {
    @Override
    public Double get() {
        return Math.random();
    }
}).limit(10).forEach(System.out::println);

//上述寫法可以簡化成以下寫法：
Stream.generate(() -> Math.random()).limit(10).forEach(System.out::println);

f. 通過Stream中的concat方法連接兩個Stream對象生成新的Stream對象 這個比較好理解不再贅述。

3.1.2 Stream對象的使用

Stream對象提供多個非常有用的方法，這些方法可以分成兩類：
中間操作：將原始的Stream轉換成另外一個Stream；如filter返回的是過濾后的Stream。
終端操作：產生的是一個結果或者其它的復合操作；如count或者forEach操作。

其清單如下所示，方法的具體說明及使用示例見后文。
所有中間操作

所有終端操作

下面就幾個比較常用的方法舉例說明其用法：

3.1.2.1 filter

用于對Stream中的元素進行過濾，返回一個過濾后的Stream
其方法定義如下：

Stream<T> filter(Predicate<? super T> predicate);

使用示例：

Stream<String> s = Stream.of("test", "t1", "t2", "teeeee", "aaaa");
//查找所有包含t的元素并進行打印
s.filter(n -> n.contains("t")).forEach(System.out::println);

3.1.2.2 map

元素一對一轉換。
它接收一個Funcation參數，用其對Stream中的所有元素進行處理，返回的Stream對象中的元素為Function對原元素處理后的結果
其方法定義如下：

<R> Stream<R> map(Function<? super T, ? extends R> mapper);

示例，假設我們要將一個String類型的Stream對象中的每個元素添加相同的后綴.txt，如a變成a.txt，其寫法如下：

Stream<String> s = Stream.of("test", "t1", "t2", "teeeee", "aaaa");
s.map(n -> n.concat(".txt")).forEach(System.out::println);

3.1.2.3 flatMap

元素一對多轉換：對原Stream中的所有元素使用傳入的Function進行處理，每個元素經過處理后生成一個多個元素的Stream對象，然后將返回的所有Stream對象中的所有元素組合成一個統一的Stream并返回；
方法定義如下：

<R> Stream<R> flatMap(Function<? super T, ? extends Stream<? extends R>> mapper);

示例，假設要對一個String類型的Stream進行處理，將每一個元素的拆分成單個字母，并打印：

Stream<String> s = Stream.of("test", "t1", "t2", "teeeee", "aaaa");
s.flatMap(n -> Stream.of(n.split(""))).forEach(System.out::println);

3.1.2.4 takeWhile

方法定義如下：

default Stream<T> takeWhile(Predicate<? super T> predicate)

如果Stream是有序的（Ordered），那么返回最長命中序列（符合傳入的Predicate的最長命中序列）組成的Stream；如果是無序的，那么返回的是所有符合傳入的Predicate的元素序列組成的Stream。
與Filter有點類似，不同的地方就在當Stream是有序時，返回的只是最長命中序列。
如以下示例，通過takeWhile查找”test”, “t1”, “t2”, “teeeee”, “aaaa”, “taaa”這幾個元素中包含t的最長命中序列：

Stream<String> s = Stream.of("test", "t1", "t2", "teeeee", "aaaa", "taaa");
//以下結果將打印： "test", "t1", "t2", "teeeee"，最后的那個taaa不會進行打印 
s.takeWhile(n -> n.contains("t")).forEach(System.out::println);

3.1.2.5 dropWhile

與takeWhile相反，如果是有序的，返回除最長命中序列外的所有元素組成的Stream；如果是無序的，返回所有未命中的元素組成的Stream;其定義如下：

default Stream<T> dropWhile(Predicate<? super T> predicate)

如以下示例，通過dropWhile刪除”test”, “t1”, “t2”, “teeeee”, “aaaa”, “taaa”這幾個元素中包含t的最長命中序列：

Stream<String> s = Stream.of("test", "t1", "t2", "teeeee", "aaaa", "taaa");
//以下結果將打印："aaaa", "taaa" 　
s.dropWhile(n -> n.contains("t")).forEach(System.out::println);

3.1.2.6 reduce與collect

關于reduce與collect由于功能較為復雜，在后續將進行單獨分析與學習，此處暫不涉及。

3.2 Optional

用于簡化Java中對空值的判斷處理，以防止出現各種空指針異常。
Optional實際上是對一個變量進行封裝，它包含有一個屬性value，實際上就是這個變量的值。

3.2.1 Optional對象創建

它的構造函數都是private類型的，因此要初始化一個Optional的對象無法通過其構造函數進行創建。它提供了一系列的靜態方法用于構建Optional對象:

3.2.1.1 empty

用于創建一個空的Optional對象；其value屬性為Null。
如：

Optional o = Optional.empty();

3.2.1.2 of

根據傳入的值構建一個Optional對象;
傳入的值必須是非空值，否則如果傳入的值為空值，則會拋出空指針異常。
使用：

o = Optional.of("test");

3.2.1.3 ofNullable

根據傳入值構建一個Optional對象
傳入的值可以是空值，如果傳入的值是空值，則與empty返回的結果是一樣的。

3.2.2 方法

Optional包含以下方法：

方法名說明get獲取Value的值，如果Value值是空值，則會拋出NoSuchElementException異常；因此返回的Value值無需再做空值判斷，只要沒有拋出異常，都會是非空值。isPresentValue是否為空值的判斷；ifPresent當Value不為空時，執行傳入的Consumer；ifPresentOrElseValue不為空時，執行傳入的Consumer；否則執行傳入的Runnable對象；filter當Value為空或者傳入的Predicate對象調用test(value)返回False時，返回Empty對象；否則返回當前的Optional對象map一對一轉換：當Value為空時返回Empty對象，否則返回傳入的Function執行apply(value)后的結果組裝的Optional對象；flatMap一對多轉換：當Value為空時返回Empty對象，否則傳入的Function執行apply(value)后返回的結果（其返回結果直接是Optional對象）or如果Value不為空，則返回當前的Optional對象；否則，返回傳入的Supplier生成的Optional對象；stream如果Value為空，返回Stream對象的Empty值；否則返回Stream.of(value)的Stream對象；orElseValue不為空則返回Value，否則返回傳入的值；orElseGetValue不為空則返回Value，否則返回傳入的Supplier生成的值；orElseThrowValue不為空則返回Value，否則拋出Supplier中生成的異常對象；

3.2.3 使用場景

常用的使用場景如下：

3.2.3.1 判斷結果不為空后使用

如某個函數可能會返回空值，以往的做法：

String s = test();
if (null != s) {
    System.out.println(s);
}

現在的寫法就可以是：

Optional<String> s = Optional.ofNullable(test());
s.ifPresent(System.out::println);

乍一看代碼復雜度上差不多甚至是略有提升；那為什么要這么做呢？
一般情況下，我們在使用某一個函數返回值時，要做的第一步就是去分析這個函數是否會返回空值；如果沒有進行分析或者分析的結果出現偏差，導致函數會拋出空值而沒有做檢測，那么就會相應的拋出空指針異常！
而有了Optional后，在我們不確定時就可以不用去做這個檢測了，所有的檢測Optional對象都幫忙我們完成，我們要做的就是按上述方式去處理。

3.2.3.2 變量為空時提供默認值

如要判斷某個變量為空時使用提供的值，然后再針對這個變量做某種運算；
以往做法：

if (null == s) {
    s = "test";
}
System.out.println(s);

現在的做法：

Optional<String> o = Optional.ofNullable(s);
System.out.println(o.orElse("test"));

3.2.3.3 變量為空時拋出異常，否則使用

以往寫法：

if (null == s) {
    throw new Exception("test");
}
System.out.println(s);

現在寫法：

Optional<String> o = Optional.ofNullable(s);
System.out.println(o.orElseThrow(()->new Exception("test")));

其它場景待補充。

以上是“Java8新特性之函數式編程的示例分析”這篇文章的所有內容，感謝各位的閱讀！相信大家都有了一定的了解，希望分享的內容對大家有所幫助，如果還想學習更多知識，歡迎關注億速云行業資訊頻道！