lambda与函数式——响应式Spring的道法术器

Posted 2020-10-28

本系列文章索引：《响应式Spring的道法术器》
前情提要： 什么是响应式编程 | 响应式流
本文源码

1.3 Hello,reactive world

前面两篇文章介绍了响应式编程和响应式流的特性，一味讲概念终是枯燥，还是上手敲一敲代码实在感受一下响应式编程的“手感”吧。

这一节，我们先了解一下lambda与函数式（已经了解的朋友可以直接跳到1.3.2），熟悉一下如何使用Reactor进行响应式编程，然后使用Spring Boot2，基于Spring 5的Webflux和Reactive Spring Data逐步开发一个“Hello world”级别的RESTful service。

1.3.1 lambda与函数式

在响应式编程中，lambda与函数式的出镜率相当高，以至于网上经常有朋友直接用“函数响应式编程”用在“响应式编程”的介绍中。这两个词的异同一直存在争议，其区别虽然不像“javascript与Java”、“雷锋塔与雷峰”那么大，但随便混用还是会显得非常不专业：

• 函数响应式编程的重点在于“函数式”的语言特性，这个概念在二十年前就盖棺定论了。
• 响应式编程的重点在于“基于事件流”的异步编程范式，由不断产生的数据/时间来推动逻辑的执行。

本系列文章讨论的都是“响应式编程”，关于“函数响应式编程”，你就当没听过，并谨慎地使用它就好了。

1.3.1.1 lambda表达式

书回正传，为什么响应式编程中会经常用到lambda与函数式呢？不知你对1.1.3节的一段伪代码是否还有印象：

cartEventStream
        // 分别计算商品金额
        .map(cartEvent -> cartEvent.getProduct().getPrice() * cartEvent.getQuantity())
        ...

cartEventStream是一个数据流，其中的元素就是一个一个的cartEvent，map方法能够对cartEvent进行“转换/映射”，这里我们将其转换为double类型的金额。

除了转换/映射（map）外，还有过滤（filter）、提供（supply）、消费（consume）等等针对流中元素的操作逻辑/策略，而逻辑/策略通常用方法来定义。

在Java 8之前，这就有些麻烦了。我们知道，Java是面向对象的编程语言，除了少数的原生类型外，一切都是对象。用来定义逻辑/策略的方法不能独立存在，必须被包装在一个对象中。比如我们比较熟悉的Comparator，其唯一的方法compare表示一种比较策略，在使用的时候，需要包装在一个对象中传递给使用该策略的方法。举例说明（源码）：

@Test
public void StudentCompareTest() {
    @Data @AllArgsConstructor class Student {   // 1
        private int id;
        private String name;
        private double height;
        private double score;
    }

    List<Student> students = new ArrayList<>();
    students.add(new Student(10001, "张三", 1.73, 88));
    students.add(new Student(10002, "李四", 1.71, 96));
    students.add(new Student(10003, "王五", 1.85, 88));

    class StudentIdComparator<S extends Student> implements Comparator<S> { // 2
        @Override
        public int compare(S s1, S s2) {
            return Integer.compare(s1.getId(), s2.getId());
        }
    }

    students.sort(new StudentIdComparator<>());
    System.out.println(students);
}

1. @Data和@AllArgsConstructor是lombok提供的注解，能够在编译的字节码中生成构造方法、getter/setter、toString等方法。依赖如下：

   <dependency>
       <groupId>org.projectlombok</groupId>
       <artifactId>lombok</artifactId>
       <version>1.16.20</version>
   </dependency>

注：本节及以后，关于maven的依赖，可自行至maven搜索库中查询新的合适版本。

2. StudentIdComparator中固化了一种针对Student.id的比较策略，当对students进行排序的时候，将StudentIdComparator的对象传给sort方法。输出顺序如下：

   [Student(id=10001, name=张三, height=1.73, score=88.0), Student(id=10002, name=李四, height=1.71, score=96.0), Student(id=10003, name=王五, height=1.85, score=88.0)]

假设这时候我们需要对学生的身高或分数进行排序，再定义Comparator的实现类有些麻烦了，而且没必要，“传统”的简化方式是直接传入匿名内部类：

    students.sort(new Comparator<Student>() {
        @Override
        public int compare(Student s1, Student s2) {
            return Double.compare(s1.getHeight(), s2.getHeight());
        }
    });

但其实，我们会发现，无论哪种比较策略，只有compare方法内的代码发生变化，也就是说sort方法关心的只是传入的两个参数Student s1, Student s2以及返回的结论return Double.compare(s1.getHeight(), s2.getHeight())这一句比较策略，何不只保留它们呢？

students.sort((Student s1, Student s2) -> {return Double.compare(s1.getHeight(), s2.getHeight());});

这样看起来代码就少多了。其中(Student s1, Student s2) -> {return Double.compare(s1.getHeight(), s2.getHeight())}就是lambda表达式，lambda表达式的语法如下：

(type1 arg1, type2 arg2...) -> { body }

->前后分别表示参数和方法体。从代码编写方式上来说，这就可以算作是“函数式”编程范式了，因为我们传给sort的是一个lambda表达式的形式定义的“函数”，这个“函数”有输入和输出，在开发者看起来是赤裸裸的，没有使用对象封装起来的。

“函数式”编程范式的核心特点之一：函数是"一等公民"。
所谓"一等公民"（first class），指的是函数与其他数据类型一样，处于平等地位，可以赋值给其他变量，也可以作为参数，传入另一个函数，或者作为别的函数的返回值。

但也仅仅是“看起来”是“函数式”的了，Java终究是面向对象的语言，List.sort的方法定义仍然是接受一个Comparator对象作为参数的。但是一定要纠结Java是不是纯正的函数式语言吗？没这个必要，实用至上嘛。

既然如此，问题来了，sort是如何将这个lambda“看做”一个Comparator对象的呢？

不难发现，Comparator接口仅有一个抽象方法，因此sort也就不难“推断”lambda所定义的输入参数和方法体表示的正是这个唯一的抽象方法compare。

1.3.1.2 函数式接口

像Comparator这样的只有一个抽象方法的接口，叫做函数式接口（Functional Interface）。与Comparator类似，其他函数式接口的唯一的抽象方法也可以用lambda来表示。

我们看一下Comparator的源码，发现其多了一个@FunctionalInterface的注解，用来表明它是一个函数式接口。标记了该注解的接口有且仅有一个抽象方法，否则会报编译错误。

再看一下其他的仅有一个抽象方法的接口，比如Runnable和Callable，发现也都在Java 8之后加了@FunctionalInterface注解。对于Runnable来说，接口定义如下：

@FunctionalInterface
public interface Runnable {
    public abstract void run();
}

不难推测，其lambda的写法应该是 () -> { body }，它不接收任何参数，方法体中也无return返回值，用起来像这样：

new Thread(() -> {doSomething();});

此外，随lambda一同增加的还有一个java.util.function包，其中定义了一些常见的函数式接口的。比如：

• Function，接受一个输入参数，返回一个结果。参数与返回值的类型可以不同，我们之前的map方法内的lambda就是表示这个函数式接口的；
• Consumer，接受一个输入参数并且无返回的操作。比如我们针对数据流的每一个元素进行打印，就可以用基于Consumer的lambda；
• Supplier，无需输入参数，只返回结果。看接口名就知道是发挥了对象工厂的作用；
• Predicate，接受一个输入参数，返回一个布尔值结果。比如我们在对数据流中的元素进行筛选的时候，就可以用基于Predicate的lambda；
• ...

1.3.1.3 简化的lambda

以lambda作为参数的方法能够推断出来lambda所表示的是哪个函数式接口的那个抽象方法。类似地，编译期还可以做更多的推断。我们再回到最初的Comparator的例子并继续简化如下lambda表达式：

students.sort((Student s1, Student s2) -> {return Double.compare(s1.getHeight(), s2.getHeight());});

1）首先，传入的参数类型是可以推断出来的。因为students是以Student为元素的数组List<Student>，其sort方法自然接收Comparator<? super Student>的对象作为参数，这一切都可以通过泛型约束。

students.sort((s1, s2) -> {return Double.compare(s1.getHeight(), s2.getHeight());});

2）如果只有一个return语句的话，return和方法体的大括号都可以省略(compare方法的返回值就是lambda返回值）：

students.sort((s1, s2) -> Double.compare(s1.getHeight(), s2.getHeight()));

3）注意到，Comparator接口还提供了丰富的静态方法，比如：

public static<T> Comparator<T> comparingDouble(ToDoubleFunction<? super T> keyExtractor) {
    Objects.requireNonNull(keyExtractor);
    return (Comparator<T> & Serializable)
        (c1, c2) -> Double.compare(keyExtractor.applyAsDouble(c1), keyExtractor.applyAsDouble(c2));
}

这个方法为我们包装好了Double.compare。它接收一个返回类型为Double的函数式接口ToDoubleFunction<? super T>，可以看做是Function<? super T, Double>，用lambda表示的话就是student -> student.getHeight()。

因此，我们的sort方法又可以写作：

students.sort(Comparator.comparingDouble((student) -> student.getHeight()));

其一，对于只有一个参数的lambda来说，参数外边的小括号可以省略：

students.sort(Comparator.comparingDouble(student -> student.getHeight()));

其二，对于仅有一个方法调用的lambda方法体来说，通常又可以用类::方法进一步简化，以上代码又可以进一步简化为：

students.sort(Comparator.comparingDouble(Student::getScore));

这里是调用参数所代表对象的某个方法，与之类似的还有比如：

• string -> System.out.println(string)，可以简化为System.out::println，这里是将参数作为System.out::println的参数了；
• () -> new HashMap<>()，可以简化为HashMap::new，这里没有参数，也可以进行简化。

使用类::方法这种写法是不是更加有函数式的感觉了呢，似乎真是把函数作为参数传递给某个方法了呢~

就不再继续举例了，以上这些形形×××的简化你可能会感觉难以记忆，其实无需记忆，多数IDE都能够提供简化建议的。

1.3.1.4 总结

在编程语言的世界里，Java就像是一个稳健的中年人，它始终将语言的向后兼容性和稳定性放在首位，不会随随便便因为某种语言特性或语法糖就心动，但是对于有显著预期收益的语言特性也会果断出击，泛型如此，lambda亦是如此，或许对它们的引入都不够彻底和完美，但却足够实用，能够给开发者带来很大便利。这应该也是Java语言能够持续保持活力的原因之一吧！

至于函数式方面更加复杂的概念，这里就不多介绍了。下面我们就认识一下Reactor吧~