函数式接口

Posted 2021-01-08 mtime2004

函数式接口

               

函数式接口在Java中是指：有且仅有一个抽象方法的接口。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。

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 DemoFunctionalInterface {

//    使用自定义的函数式接口作为方法参数

private static void doSomething(MyFunctionalInterface inter) {

inter.myMethod(); // 调用自定义的函数式接口方法

}

public static void main(String[] args) {

//    调用使用函数式接口的方法

doSomething(() ‐> System.out.println("Lambda执行啦！"));

}

}

自定义函数式接口（无参无返回）

定义一个函数式接口 Eatable ，内含抽象 eat 方法，没有参数或返回值。使用该接口作为方法的参数，并进而通过Lambda来使用它。

           

  @FunctionalInterface
public interface Eatable{

void eat();
}
         

应用场景代码：

public class DemoLambdaEatable {

private static void keepAlive(Eatable human) {

human.eat();

}

public static void main(String[] args) {

keepAlive(() ‐> System.out.println("吃饭饭！"));

}

}

请定义一个函数式接口 Sumable ，内含抽象 sum 方法，可以将两个int数字相加返回int结果。使用该接口作为方法的参数，并进而通过Lambda来使用它。
函数式接口的定义：

 

@FuntionalInterface
 public interface Sumable{

int sum (int a,int b);
}
public class DemoLambdaSumable {

private static void showSum(int x, int y, Sumable sumCalculator) {

System.out.println(sumCalculator.sum(x, y));

}

public static void main(String[] args) {

showSum(10, 20, (m, n) ‐> m + n);

}

}

 方法引用

在使用Lambda表达式的时候，我们实际上传递进去的代码就是一种解决方案：拿什么参数做什么操作。那么考虑一种情况：如果我们在Lambda中所指定的操作方案，已经有地方存在相同方案，那是否还有必要再写重复逻辑？

冗余的Lambda场景
来看一个简单的函数式接口以应用Lambda表达式：

@FunctionalInterface

public interface Printable {

void print(String str);

}

 在    Printable 接口当中唯一的抽象方法 print 接收一个字符串参数，目的就是为了打印显示它。那么通过Lambda来使用它的代码很简单：

public class Demo01PrintSimple {

private static void printString(Printable data) {

data.print("Hello, World!");

}

public static void main(String[] args) {

printString(s ‐> System.out.println(s));

}

}

 

 其中 printString 方法只管调用 Printable 接口的 print 方法，而并不管 print 方法的具体实现逻辑会将字符串打印到什么地方去。而 main 方法通过Lambda表达式指定了函数式接口 Printable 的具体操作方案为：拿到String（类型可推导，所以可省略）数据后，在控制台中输出它。这段代码的问题在于，对字符串进行控制台打印输出的操作方案，明明已经有了现成的实现，那就是 System.out对象中的 println(String) 方法。既然Lambda希望做的事情就是调用 println(String) 方法，那何必自己手动调用呢？
2.3 用方法引用改进代码

能否省去lambda 的语法格式 （尽管它已经相当简洁）呢？只要“引用”过去就好了：

 public class DemoPrintRef{
 private static void printString(Printable data){
   data.print("Holle,World");

}


}
public static void main(String[] args) {

printString(System.out::println);

}

}

请注意其中的双冒号 :: 写法，这被称为“方法引用”，而双冒号是一种新的语法。

2.4 方法引用符

双冒号 :: 为引用运算符，而它所在的表达式被称为方法引用。如果Lambda要表达的函数方案已经存在于某个方法的实现中，那么则可以通过双冒号来引用该方法作为Lambda的替代者。
语义分析

例如上例中， System.out 对象中有一个重载的 println(String) 方法恰好就是我们所需要的。那么对于

printString 方法的函数式接口参数，对比下面两种写法，完全等效：

Lambda表达式写法： s -> System.out.println(s);

方法引用写法： System.out::println

第一种语义是指：拿到参数之后经Lambda之手，继而传递给 System.out.println 方法去处理。

第二种等效写法的语义是指：直接让 System.out 中的 println 方法来取代Lambda。两种写法的执行效果完全一样，而第二种方法引用的写法复用了已有方案，更加简洁。

推导与省略

如果使用Lambda，那么根据“可推导就是可省略”的原则，无需指定参数类型，也无需指定的重载形式——它们都将被自动推导。而如果使用方法引用，也是同样可以根据上下文进行推导。
函数式接口是Lambda的基础，而方法引用是Lambda的孪生兄弟。

下面这段代码将会调用 println 方法的不同重载形式，将函数式接口改为int类型的参数：

public interface PrintableInteger {

void print(int str);

}

 由于上下文变了之后可以自动推导出唯一对应的匹配重载，所以方法引用没有任何变化：

public class DemoPrintOverload {

private static void printInteger(PrintableInteger data) {

data.print(1024);

}

public static void main(String[] args) {

printInteger(System.out::println);

}

}

这次方法引用将会自动匹配到 println(int) 的重载形式。

对象名引用成员方法

假设有一个助理类 Assistant ，其中含有成员方法 dealFile 如下：

public class Assistant {

public void dealFile(String file) {

System.out.println("帮忙处理文件：" + file);

}

}

 自定义一个函数式接口 WorkHelper ，其中的抽象方法 help 的预期行为与 dealFile 方法一致，并定义一个方法使用该函数式接口作为参数。通过方法引用的形式，将助理对象中的 help 方法作为Lambda的实现。
函数式接口可以定义为：

@FunctionalInterface
public interface WorkHelper {
void help(String file);
}

通过对象名引用成员方法的使用场景代码为：

public class DemoAssistant {

private static void work(WorkHelper helper) {

helper.help("文件");

}

public static void main(String[] args) {

Assistant assistant = new Assistant();

work(assistant::dealFile);

}

}

 2.7 通过类名称引用静态方法
由于在 java.lang.Math 类中已经存在了静态方法 abs ，所以当我们需要通过Lambda来调用该方法时，有两种写法。首先是函数式接口：

@FunctionalInterface

public interface Calcable {

int calc(int num);

}

第一种写法是使用Lambda表达式：

public class DemoLambda {

private static void method(int num, Calcable lambda) {

System.out.println(lambda.calc(num));

}

public static void main(String[] args) {

method(‐10, n ‐> Math.abs(n));

}

}

 但是使用方法引用的更好写法是：

public class DemoMethodRef {

private static void method(int num, Calcable lambda) {

System.out.println(lambda.calc(num));

}

public static void main(String[] args) {

method(‐10, Math::abs);

}

}

在这个例子中，下面两种写法是等效的：
Lambda表达式： n -> Math.abs(n)
方法引用： Math::abs
类名称引用静态方法
假设有一个 StringUtils 字符串工具类，其中含有静态方法 isBlank 如下：

public final class StringUtils {

public static boolean isBlank(String str) {

return str == null || "".equals(str.trim());

}

}

 自定义一个函数式接口 StringChecker ，其中的抽象方法 checkBlank 的预期行为与 isBlank 一致，并定义一个方法使用该函数式接口作为参数。通过方法引用的形式，将 StringUtils 工具类中的 isBlank 方法作为Lambda的实现。
函数式接口的定义可以为：

@FunctionalInterface

public interface StringChecker {

boolean checkString(String str);

}

应用场景代码为：

public class DemoStringChecker {

private static void methodCheck(StringChecker checker) {

System.out.println(checker.checkString("    "));

}

public static void main(String[] args) {

methodCheck(StringUtils::isBlank);

}

}

 通过super引用成员方法
如果存在继承关系，当Lambda中需要出现super调用时，也可以使用方法引用进行替代。首先是函数式接口：

@FunctionalInterface

public interface Greetable {

void greet();

}

然后是父类 Human 的内容：

public class Human {

public void sayHello() {

System.out.println("Hello!");

}

}

最后是子类 Man 的内容，其中使用了Lambda的写法：

public class Man extends Human {

@Override

public void sayHello() {

method(() ‐> super.sayHello());

}

private void method(Greetable lambda) {

lambda.greet();

System.out.println("I‘m a man!");

}

}

 但是如果使用方法引用来调用父类中的 sayHello 方法会更好，例如另一个子类 Woman ：

@Override

public void sayHello() {

method(super::sayHello);

}

private void method(Greetable lambda) {

lambda.greet();

System.out.println("I‘m a woman!");

}

}

 在这个例子中，下面两种写法是等效的：
Lambda表达式： () -> super.sayHello()
方法引用： super::sayHello
通过this引用成员方法

this代表当前对象，如果需要引用的方法就是当前类中的成员方法，那么可以使用“this::成员方法”的格式来使用方法引用。首先是简单的函数式接口：

@FunctionalInterface

public interface Richable {

void buy();

}

下面是一个丈夫 Husband 类：

public class Husband {

private void marry(Richable lambda) {

lambda.buy();

}

public void beHappy() {

marry(() ‐> System.out.println("买套房子"));

}

}

开心方法 beHappy 调用了结婚方法 marry ，后者的参数为函数式接口 Richable ，所以需要一个Lambda表达式。
但是如果这个Lambda表达式的内容已经在本类当中存在了，则可以对 Husband 丈夫类进行修改：

@FunctionalInterface

public interface Richable {

void buy();

}

下面是一个丈夫 Husband 类：

public class Husband {

private void marry(Richable lambda) {

lambda.buy();

}

public void beHappy() {

marry(() ‐> System.out.println("买套房子"));

}

}

 如果希望取消掉Lambda表达式，用方法引用进行替换，则更好的写法为：

public class Husband {

private void buyHouse() {

System.out.println("买套房子");

}

private void marry(Richable lambda) {

lambda.buy();

}

public void beHappy() {

marry(this::buyHouse);

}

}

 下面两种写法是等效的：
Lambda表达式： () -> this.buyHouse()
方法引用： this::buyHouse
2.11 类的构造器引用
由于构造器的名称与类名完全一样，并不固定。所以构造器引用使用 类名称::new 的格式表示。首先是一个简单的    Person 类：

private String name;

public Person(String name) {

this.name = name;

}

public String getName() {

return name;

}

}

然后是用来创建 Person 对象的函数式接口：

public interface PersonBuilder {

Person buildPerson(String name);

}

要使用这个函数式接口，可以通过Lambda表达式：

public class Demo09Lambda {

public static void printName(String name, PersonBuilder builder) {

System.out.println(builder.buildPerson(name).getName());

}

public static void main(String[] args) {

printName("河正宇", name ‐> new Person(name));

}

}

但是通过构造器引用，有更好的写法：

public class Demo10ConstructorRef {

public static void printName(String name, PersonBuilder builder) {

System.out.println(builder.buildPerson(name).getName());

}

public static void main(String[] args) {

printName("河正宇", Person::new);

}

}

 下面两种写法是等效的：

Lambda表达式： name -> new Person(name)
方法引用： Person::new
2.12 数组的构造器引用
数组也是 Object 的子类对象，所以同样具有构造器，只是语法稍有不同。如果对应到Lambda的使用场景中时，需要一个函数式接口：

@FunctionalInterface

public interface ArrayBuilder {

int[] buildArray(int length);

}

 

 在应用该接口的时候，可以通过Lambda表达式：

public class Demo11ArrayInitRef {

private static int[] initArray(int length, ArrayBuilder builder) {

return builder.buildArray(length);

}

public static void main(String[] args) {

int[] array = initArray(10, length ‐> new int[length]);

}

}

但是更好的写法是使用数组的构造器引用：

public class Demo12ArrayInitRef {

private static int[] initArray(int length, ArrayBuilder builder) {

return builder.buildArray(length);

}
public static void main(String[] args) {

int[] array = initArray(10, int[]::new);

}

}

 

下面两种写法是等效的：
Lambda表达式： length -> new int[length]
方法引用： int[]::new
数组的构造器引用，可以和Java 8的Stream API结合，在一定程度上“解决”集合中 toArray 方法的泛型擦除问题。