从代码重构角度聊一聊Java8的函数式接口

Posted 2021-04-09 码大叔

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了从代码重构角度聊一聊Java8的函数式接口相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

前言

Hi,大家好,我是麦洛。今天我们以主人公阿呆的视角。来看看他如何将业务代码一步步重构，最后使用函数式接口达到灵活实现。希望对大家理解lambda表达式和函数式接口有所帮助.

很久很久以前，大约是21世纪时候。有一个天才程序员，名字叫阿呆。大学毕业以后，顺利被一家知名电商网站录取,开始了自己的伟大之路。

时间过得很快，不知不觉，他入职已经两周了。这天，老板让他对接一个客户。在交谈中，阿呆得知这位客户是做水果生意，主要经营各种瓜。想要开发一款电商小程序来做线上业务。经过简单沟通之后，客户起身离开。回到工作岗位的阿呆很快设计下面的类来定义瓜 Melon 类：

/** * 瓜 * @author milogenius * @date 2020-05-29 13:21 */public class Melon { /**品种*/ private final String type; /**重量*/ private final int weight; /**产地*/ private final String origin;
 public Melon(String type, int weight, String origin) { this.type = type; this.weight = weight; this.origin = origin; } // getters, toString(), and so on omitted for brevity}

经过一个月奋战，阿呆成功上线了这个项目。

第一次按类型筛选瓜类

有一天，客户向阿呆提了一个需求，能够按瓜类型对瓜进行过滤。阿呆脑袋一想，这不很简单吗？于是，阿呆创建了一个 Filters 类，实现了一个filterByType方法

/** * @author milogenius * @date 2020-05-29 13:25 */public class Filters {
 /** * 根据类型筛选瓜类 * @param melons 瓜类 * @param type 类型 * @return */ public static List<Melon> filterByType(List<Melon> melons, String type) {
 List<Melon> result = new ArrayList<>(); for (Melon melon: melons) { if (melon != null && type.equalsIgnoreCase(melon.getType())) { result.add(melon); } } return result; }}

搞定,我们来测试一下

 public static void main(String[] args) { ArrayList<Melon> melons = new ArrayList<>(); melons.add(new Melon("羊角蜜", 1, "泰国")); melons.add(new Melon("西瓜", 2, "三亚")); melons.add(new Melon("黄河蜜", 3, "兰州")); List<Melon> melonType = Filters.filterByType(melons, "黄河蜜"); melonType.forEach(melon->{ System.out.println("瓜类型:"+melon.getType()); }); }

没毛病,下班了,溜了溜了

第二次按重量筛选瓜类

过了几天,客户又提了一个需求,要求按重量筛选瓜类（例如:所有1200克的瓜）。阿呆心想:天天提需求,天天改,就不能一次提完啊?上次我已经实现了按类型筛选瓜类,那我给他copy一份改改吧!如下所示：

 /** * 按照重量过滤瓜类 * @param melons * @param weight * @return */ public static List<Melon> filterByWeight(List<Melon> melons, int weight) {
 List<Melon> result = new ArrayList<>(); for (Melon melon: melons) { if (melon != null && melon.getWeight() == weight) { result.add(melon); } } return result; }

public static void main(String[] args) { ArrayList<Melon> melons = new ArrayList<>(); melons.add(new Melon("羊角蜜", 1, "泰国")); melons.add(new Melon("西瓜", 2, "三亚")); melons.add(new Melon("黄河蜜", 3, "兰州")); List<Melon> melonType = Filters.filterByType(melons, "黄河蜜"); melonType.forEach(melon->{ System.out.println("瓜类型:"+melon.getType()); });
 List<Melon> melonWeight = Filters.filterByWeight( melons,3); melonWeight.forEach(melon->{ System.out.println("瓜重量:"+melon.getWeight()); }); }

[]:

虽然这个需求对应阿呆很简单,他也很快就搞定了,但是作为一个有追求的程序员,他觉得不开心。因为他发现filterByWeight（）与 filterByType() 非常相似，就是过滤条件不同。阿呆心想，如果客户技术这样提需求，那么 Filters 将会有很多这样类似的方法，也就是说写了很多样板代码（代码冗余但又不得不写）；

第三次按类型和重量筛选瓜

果不其然，事情变得越来越糟。客户又要求我们添加一个新的过滤方式，该过滤方式可以按类型和重量过滤瓜类。为了满足客户需求，阿呆很快写了如下的代码

 /** * 按照类型和重量来筛选瓜类 * @param melons * @param type * @param weight * @return */ public static List<Melon> filterByTypeAndWeight(List<Melon> melons, String type, int weight) {
 List<Melon> result = new ArrayList<>(); for (Melon melon: melons) { if (melon != null && type.equalsIgnoreCase(melon.getType()) && melon.getWeight() == weight) { result.add(melon); } } return result; }

在阿呆看来，这是不能接受的。如果客户急需添加新的过滤条件，则代码将变得难以维护且容易出错。

第四次将行为作为参数传递

做完第三次需求上线之后，阿呆心想，他不能在这样去添加更多的过滤条件。理论上Melon类的任何属性都有可能作为过滤条件，这样的话我们的Filter类将会有大量的样板代码,而且有些方法会非常复杂。

经过一番研究，阿呆发现我们在样板代码中具有不同的行为。因此，我们只需要编写一次样板代码 并将行为作为参数传递。我们可以将任何过滤条件定型为行为，然后作为参数进行传递。这样代码将变得更加清晰，灵活，易于维护并且具有更少的参数。阿呆给它取了一个名字：行为参数化，在下图中进行了说明（左侧显示了我们现在拥有的；右侧显示了我们想要的）：

如果我们将过滤条件视为一种行为，那么将每种行为视为接口的实现是非常直观的。阿呆经过分析认为所有这些行为都有一个共同点：过滤条件和boolean 类型的返回。于是阿呆写下了如下的代码：

public interface MelonPredicate {
 boolean test(Melon melon);
}

此外，他还编写了一个实现 GacMelonPredicate。例如，过滤 Gac 瓜可以这样写：

public class GacMelonPredicate implements MelonPredicate {
 @Override
 public boolean test(Melon melon) {
 return "gac".equalsIgnoreCase(melon.getType());
 }
}

以此类推，可以过滤掉所有重于5000g的瓜：

public class HugeMelonPredicate implements MelonPredicate {
 @Override
 public boolean test(Melon melon) {
 return melon.getWeight() > 5000;
 }
}

其实熟悉设计模式的同学应该知道这就是:策略设计模式。主要思想就是让系统在运行时动态选择需要调用的方法。所以我们可以认为 MelonPredicate 接口统一了所有专用于筛选瓜类的算法，并且每种实现都是一种策略，我们也可以把它理解为一种行为。

目前，我们已经有了策略，但是没有任何方法可以接收 MelonPredicate 参数。于是阿呆定义了 filterMelons() 方法，如下图所示：

public static List<Melon> filterMelons(List<Melon> melons, MelonPredicate predicate) {
 List<Melon> result = new ArrayList<>();
 for (Melon melon: melons) {
 if (melon != null && predicate.test(melon)) {
 result.add(melon);
 }
 }  return result;}

大功告成,阿呆舒了一口气,然后测了一番,果然比以前好用很多

List<Melon> gacs = Filters.filterMelons(melons, new GacMelonPredicate());
List<Melon> huge = Filters.filterMelons(melons, new HugeMelonPredicate());

第五次一次性加了100个过滤条件

就在阿呆沾沾自喜时候,客户又给他泼了一盆冷水。这家伙最近和一个东南亚大鳄打上了关系，成功引进各种类型东南亚瓜类，浩浩荡荡列了100个过滤条件让阿呆开发。阿呆心里一万个草泥马在奔腾啊！虽然经过上次改造，我们有足够的灵活性来完成此任务，但是我们仍然需要编写100个策略类来实现每一个过滤标准。然后我们需要将策略传递给 filterMelons() 方法。

有没有不需要创建这些类的办法那?聪明的阿呆很快发现可以使用java匿名内部类。如下所示

List<Melon> europeans = Filters.filterMelons(melons, new MelonPredicate() {
 
 @Override
 public boolean test(Melon melon) {
 return "europe".equalsIgnoreCase(melon.getOrigin());
 }
});

虽然我们向前跨了一大步，但好像无济于事。我们还是需要编写大量的代码实现此次需求。

有时候，匿名内部类看这比较复杂，我们可以用lambda表达式来简化它

List<Melon> europeansLambda = Filters.filterMelons(
 melons, m -> "europe".equalsIgnoreCase(m.getOrigin()));

果然看这帅多了!!!,就这样,阿呆又一次成功完成了任务.

第六次提取列表类型

随着客户成功搭上东南亚大鳄的女儿,东南亚大鳄对他越来越放心。将他旗下的瓜果生意都交给他做。客户端的日子好过，阿呆的日子就不好过了。果不其然，他又提需求了。他提出了需要销售除了瓜之外的其他水果，但是我们的MelonPredicate仅支持 Melon 实例。

这家伙怎么搞？说不定哪天他要买蔬菜、海参可怎么搞，总不能给他再创建好多类似MelonPredicate的接口吧

于是阿呆想到了泛型；

我们首先定义一个新接口，然后 Predicate 将Melon 其命名（从名称中删除）：

@FunctionalInterface
public interface Predicate<T> {
 boolean test(T t);
}

接下来，我们重写该 filterMelons() 方法并将其重命名为 filter() ：

public static <T> List<T> filter(List<T> list, Predicate<T> predicate) {
 
List<T> result = new ArrayList<>();
for (T t: list) {
 if (t != null && predicate.test(t)) {
 result.add(t);
 }
}
 
return result;
}

现在，我们可以这样过滤瓜类：

List<Melon> watermelons = Filters.filter(
 melons, (Melon m) -> "Watermelon".equalsIgnoreCase(m.getType()));

同样的，我们也可以对数字做同样的事情：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 13, 15, 2, 67);
List<Integer> smallThan10 = Filters.filter(numbers, (Integer i) -> i < 10);

现在我们回过头来看看，从哪里开始我们的代码发送巨大变化？发现是使用Java 8函数式接口和lambda表达式后，两者之间发生巨大的变化。不知道细心的伙伴有没有发现我们上面的 Predicate 接口上面多了一个@FunctionalInterface 上的注解,它就是标记函数式接口。

从概念上讲，函数式接口仅具有一个抽象方法。

★
jdk 8 中有另一个新特性：default，被 default 修饰的方法会有默认实现，不是必须被实现的方法，所以不影响 Lambda 表达式的使用。
”

而且，你会发现我们定义的Predicate 接口已经在Java 8中作为java.util.function.Predicate 接口存在。该 java.util.function 包下包含40多个此类接口。因此，在定义一个新的函数式接口之前，建议先检查该包的内容。大多数情况下，六个标准的内置函数式接口可以完成任务。这些列出如下：

Predicate<T>
Consumer<T>
Supplier<T>
Function<T, R>
UnaryOperator<T>
BinaryOperator<T>

函数式接口和lambda表达式组成了一个强大的团队。Lambda表达式支持直接内联函数式接口的抽象方法的实现。基本上，整个表达式被视为函数式接口的具体实现的一个实例，比如：

Predicate<Melon> predicate = (Melon m)
 -> "Watermelon".equalsIgnoreCase(m.getType());

简而言之Lambda

lambda表达式由三部分组成，如下图所示：

以下是lambda表达式各部分的描述：

在箭头的左侧，是在 lambda主体中使用的 lambda参数。这些是 FilenameFilter.accept (File folder, String fileName) 方法的参数。
在箭头的右侧，是 lambda主体，在上面的例子中，该主体检查文件夹是否可读以及文件是否以 .pdf 后缀结尾。
箭头只是 lambda参数和主体的分隔符。

此lambda的匿名类版本如下：

FilenameFilter filter = new FilenameFilter() {
 @Override
 public boolean accept(File folder, String fileName) { return folder.canRead() && fileName.endsWith(".pdf"); }
};

现在，如果我们查看lambda及其匿名类版本，可以从下面四方面来描述lambda表达式：

我们可以将 lambda 表达式定义为一种简洁、可传递的匿名函数，首先我们需要明确 lambda 表达式本质上是一个函数，虽然它不属于某个特定的类，但具备参数列表、函数主体、返回类型，甚至能够抛出异常；其次它是匿名的，lambda 表达式没有具体的函数名称；lambda 表达式可以像参数一样进行传递，从而简化代码的编写。

Lambda支持行为参数化，在前面的例子中,我们已经证明这一点。最后，请记住，lambda只能在函数式接口的上下文中使用。