详细介绍Java函数式接口

2021-09-02 16:43:36 作者：LL.LEBRON

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，具体内容请参考下面文章内容

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：

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：

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：

@FunctionalInterface
public 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：

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：

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：

@FunctionalInterface
public interface MessageBuilder {
    String buildMessage();
}

然后对 log 方法进行改造：

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

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。

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。

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。

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。

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：

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：

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：

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。

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：

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：

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：

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：

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：

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：

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：

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

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。

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：

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：

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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