java函数式接口意义与场景

前言

想到记录下这篇主要是两个原因，1. 虽然自己很早就接触了函数式接口，但是基本没有深入探究过使用场景。2. 工作中接触了越来越多场景后，感觉对函数式接口有更多使用需求，能很好的美化自己代码（少写几行），并提高自己代码复用率。

首先问问题：什么是函数式接口？为什么要使用函数式接口？什么场景下使用函数式接口？

简单的一句话：函数式接口只是仅含一个未实现的方法的接口。

当你写业务代码发现越来越多重复的时候，就应该好好考虑要提取抽象逻辑，如果你暂时没有这个感觉，建议多写点代码或者把《clean code》看一遍。。总而言之，消除重复的正确用法应该是 我定规矩 -> 别人实现规矩 -> 别人造对象 -> 我用那个对象。从这个意义上说，任何接口都应该看作是广义的函数式接口。 函数式接口对于抽象逻辑是一个很好使的工具，允许将函数作为参数使用，java8之前是使用匿名类来实现的这点，但是匿名类写起来实在是太丑了。

一个简单case

leetcode 239. 滑动窗口最大值 一题中，使用到了一个优先队列大顶堆的定义写法，如果使用匿名类的话，代码就是下面这样：

class Solution {

public int[] maxSlidingWindow(int[] nums, int k) {

int n = nums.length;

PriorityQueue queue = new PriorityQueue(

new Comparator() {

public int compare(int[] p1, int[] p2) {

// 大顶堆是 p2 - p1, 小顶堆是 p1 - p2

return p1[1] != p2[1] ? p2[1] - p1[1] : p2[0] - p1[0];

}

}

);

int[] result = new int[n - k + 1];

for (int i = 0; i < k; i++) {

int[] p = new int[]{i, nums[i]};

queue.offer(p);

}

for (int i = k - 1; i < n; i++) {

if (i - k + 1 > 0) {

queue.offer(new int[]{i, nums[i]});

}

while (queue.peek()[0] < i - k + 1) {

queue.poll();

}

result[i- k + 1] = queue.peek()[1];

}

return result;

}

}

如果使用了函数式接口，这部分定义代码就简化了成了一行

PriorityQueue queue = new PriorityQueue(

(p1, p2) -> p1[1] != p2[1] ? p2[1] - p1[1] : p2[0] - p1[0]

);

可以看下java doc 里 对于 Comparator 接口的定义，这里就是很典型的函数式接口，从另一方面说，也是扩展代码可复用性的一个例子（用一个比较器接口作为优先队列的构造参数，使得优先队列定义更加灵活）

package java.util;

import java.io.Serializable;

import java.util.function.Function;

import java.util.function.ToIntFunction;

import java.util.function.ToLongFunction;

import java.util.function.ToDoubleFunction;

import java.util.Comparators;

// 这个注解只是对函数式接口做检查， 不写也可以

@FunctionalInterface

public interface Comparator {

int compare(T o1, T o2);

// ... 其他都是非抽象函数

}

函数式接口概念详细说明：

自己详细把所有的相关概念都写出来太麻烦，找了一个写的比较好的博文贴下面，原始链接可以参考：详解JAVA8函数式接口{全} - ---dgw博客 - 博客园

主要语法:

() -> 代表了 lambda的一个表达式 单行代码无需写return (无论函数式接口有没有返回值),花括号 多行代码必须写花括号,有返回值的一定要写返回值 单行代码且有参数的情况下可以不写 () 如 s->System.out.println(s) (T t)中的参数类型可写可不写

1: 函数式接口

1.1 概念

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

接口中只能存在一个抽象方法

修饰符 interface 接口名称{

public abstract 返回值 方法名称(参数列表)

// 其他方式

}

// public abstract 可以不写 编译器自动加上

修饰符 interface 接口名称{

返回值 方法名称(参数列表)

// 其他方式

}

1.3@FunctionalInterface注解

@FunctionalInterface // 标明为函数式接口

public abstract MyFunctionInterface{

void mrthod(); //抽象方法

}

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。(该接口是一个标记接口)

1.4 调用自定义函数接口

public class Test_Functional {

// 定义一个含有函数式接口的方法

public static void doSomthing(MyFunctionalInterface functionalInterface) {

functionalInterface.mehod();//调用自定义函数式接口的方法

}

public static void main(String[] args) {

//调用函数式接口的方法

doSomthing(()->System.out.println("excuter lambda!"));

}

}

2:函数式编程

2.1:lambda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 {

private static void log(int level, String msg) {

if (level == 1) {

System.out.println(msg);

}

}

public static void main(String[] args) {

String msgA = "Hello";

String msgB = "World";

String msgC = "Java";

log(1, msgA + msgB + msgC);//级别1 不一定能够满足 但是 字符串连接操作还是执行了 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(包装为数组)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

@FunctionalInterface

public interface MessageBuilder {

String buildMessage();

}

public class Demo02LoggerLambda {

private static void log(int level, MessageBuilder builder) {

if (level == 1) {

System.out.println(builder.buildMessage());// 实际上利用内部类 延迟的原理,代码不相关 无需进入到启动代理执行

}

}

public static void main(String[] args) {

String msgA = "Hello";

String msgB = "World";

String msgC = "Java";

log(2,()->{

System.out.println("lambda 是否执行了");

return msgA + msgB + msgC;

});

}

}

2.2 使用Lambda作为参数和返回值#

假设有一个 方法使用该函数式接口作为参数，那么就可以使用Lambda进行传参.如线程中的Runable接口

public class Runnable {

private static void startThread(Runnable task) {

new Thread(task).start();

}

public static void main(String[] args) {

startThread(() ‐> System.out.println("线程任务执行！"));

}

}

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(类始于new 内部类的实现方式 方法中可以实现构造内部类)

public class lambda_Comparator {

//下面给出 lambda 以及实际替代的内部类写法

private static Comparator newComparator(){

return (a,b)->b.length()-a.length();

}

private static Comparator newComparator1(){

return new Comparator() {

@Override

public int compare(String a, String b) {

return b.length()-a.length();

}

};

}

public static void main(String[] args) {

String[] array={"abc","ab","abcd"};

System.out.println(Arrays.toString(array));

Arrays.sort(array, newComparator1()); // 方式一

Arrays.sort(array,(a,b)->b.length()-a.length());//更简单的方式

System.out.println(Arrays.toString(array));

}

}

3:常用函数式接口

3.1 Supplier接口(供应接口)

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 Test_Supplier {

private static String test_Supplier(Supplier suply) {

return suply.get(); //供应者接口

}

public static void main(String[] args) {

// 产生的数据作为 sout 作为输出

System.out.println(test_Supplier(()->"产生数据"));

System.out.println(String.valueOf(new Supplier() {

@Override

public String get() {

return "产生数据";

}

}));

}

}

3.2 练习：求数组元素最大值

public class use_Supplier_Max_Value {

private static int getMax(Supplier suply) {

return suply.get();

}

public static void main(String[] args) {

Integer [] data=new Integer[] {6,5,4,3,2,1};

int reslut=getMax(()->{

int max=0;

for (int i = 0; i < data.length; i++) {

max=Math.max(max, data[i]);

}

return max;

});

System.out.println(reslut);

}

}

3.3 Consumer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 Test_Comsumer {

public static void generateX(Consumer consumer) {

consumer.accept("hello consumer");

}

public static void main(String[] args) {

generateX(s->System.out.println(s));

}

}

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

default Consumer andThen(Consumer after) {

Objects.requireNonNull(after);

return (T t) ‐> { accept(t); after.accept(t); };

//1: 返回值为Consumer 那么需要 ()-> 表示函数式接口

//2: accept(t);为生产一个数据供应给 (T t)中的t

//3: after.accept(t);为利用这个t再次生成新的函数式接口 实现类始于builder的设计模式

}

3.4 练习：格式化打印信息

请按照格式“ 姓名：XX。性别：XX。 ”的格式将信息打印出来

public class use_Consumer_FormattorName {

public static void formattorPersonMsg(Consumer con1, Consumer con2) {

// con1.accept(new String[]{ "迪丽热巴,女", "古力娜扎,女", "马尔扎哈,男" });

// con2.accept(new String[]{ "迪丽热巴,女", "古力娜扎,女", "马尔扎哈,男" });

// 一句代码搞定

con1.andThen(con2).accept(new String[] { "迪丽热巴,女", "古力娜扎,女", "马尔扎哈,男" });

}

public static void main(String[] args) {

formattorPersonMsg((s1) -> {

for (int i = 0; i < s1.length; i++) {

System.out.print(s1[i].split("\\,")[0] + " ");

}

}, (s2) -> {

System.out.println();

for (int i = 0; i < s2.length; i++) {

System.out.print(s2[i].split("\\,")[1] + " ");

}

});

System.out.println();

printInfo(s->System.out.print(s.split("\\,")[0]),

s->System.out.println(","+s.split("\\,")[1]),datas);

}

// 自身自销 有意思

private static void printInfo(Consumer one, Consumer two, String[] array) {

for (String info : array) { // 这里每次产生 {迪丽热巴。性别：女 } String 数据 逻辑那边顺序处理就行

one.andThen(two).accept(info); // 姓名：迪丽热巴。性别：女。 } }

}

}

}

3.5 Predicate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

(s)-> 函数式接口有参数 表示有有产生数据

(s)-> 具体的返回数据 看要是否原函数式接口给出了

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：

默认方法：and or nagte (取反)

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,类始于 Consumer接口 andThen()函数 其他三个雷同

default Predicate and(Predicate other) {

Objects.requireNonNull(other);

return (t) ‐> test(t) && other.test(t);

}

判断字符串是否包含o h 的and or not

public class Use_Predicate {

// 判断字符串是否存在o 即使生产者 又是消费者接口

private static void method_test(Predicate predicate) {

boolean b = predicate.test("OOM SOF");

System.out.println(b);

}

// 判断字符串是否同时存在o h 同时

private static void method_and(Predicate predicate1,Predicate predicate2) {

boolean b = predicate1.and(predicate2).test("OOM SOF");

System.out.println(b);

}

//判断字符串是否一方存在o h

private static void method_or(Predicate predicate1,Predicate predicate2) {

boolean b = predicate1.or(predicate2).test("OOM SOF");

System.out.println(b);

}

// 判断字符串不存在o 为真 相反结果

private static void method_negate(Predicate predicate) {

boolean b = predicate.negate().test("OOM SOF");

System.out.println(b);

}

public static void main(String[] args) {

method_test((s)->s.contains("O"));

method_and(s->s.contains("O"), s->s.contains("h"));

method_or(s->s.contains("O"), s->s.contains("h"));

method_negate(s->s.contains("O"));

}

}

静态方法：not isEquals

返回值为Predicate 说明最终由tets为最终处理结果

static Predicate not(Predicate target) {

Objects.requireNonNull(target);

return (Predicate)target.negate();

}

boolean b = Predicate.not((String s)->s.contains("J")).test("Java"); // 直接构造lambda 断言可能包

// 使用静态方法判断是否为同一个对象

private static void method_isEqual(Predicate predicate) {

boolean b = Predicate.isEqual(predicate).test(predicate);

System.out.println(b);

}

3.6 练习：集合信息筛选

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：

1. 必须为女生；

2. 姓名为4个字。

/**

* 1. 必须为女生；

* 2. 姓名为4个字。

*/

public static void main(String[] args) {

String[] array = { "迪丽热巴,女", "古力娜扎,女", "马尔扎哈,男", "赵丽颖,女" };

getFemaleAndname((s) -> s.split("\\,")[0].length() == 4,

(s) -> s.split("\\,")[1].equals("女"), array);

}

private static void getFemaleAndname(Predicate one,

Predicate two, String[] arr) {

for (String string : arr) {

if (one.and(two).test(string)) {

System.out.println(string);

}

}

}

3.7 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

将T 转为 R

// 将数字转换为String类型

private static void numberToString(Function function) {

String apply = function.apply(12);

System.out.println("转换结果:"+apply);

}

public static void main(String[] args) {

numberToString((s)->String.valueOf(s));

}

默认方法 andThen compose():

Function 接口中有一个默认的 andThen compose方法，用来进行组合操作。JDK源代码如：

default Function andThen(Function after) {

Objects.requireNonNull(after);

return (T t) -> after.apply(apply(t));// 先执行调用者,再执行after的apply犯法

} // 这里的V 一个是作为输入值 一个是作为输出值 按照调用的顺序的不同 对于 T V 做输入 输出的顺序也不同 注意看

default Function compose(Function before) {

Objects.requireNonNull(before);

return (V v) -> apply(before.apply(v));// 后执行before的apply方法,后执行调用者apply方法

}

注意调用的先后顺序

// 静态方法

private static void method_andThen(Function f1,Function f2) {

Integer apply = f1.andThen(f2).apply(2);

System.out.println(apply);

}

private static void method_compose(Function f1,Function f2) {

Integer apply = f1.compose(f2).apply(2);

System.out.println(apply);

}

public static void main(String[] args) {

numberToString((s)->String.valueOf(s));

method_andThen(s->s+1, s->s=s*2);//6

method_compose(s->s+1, s->s=s*s);//5

}

静态方法 identity

输入对象就是输出对象

//返回一个执行了apply()方法之后只会返回输入参数的函数对象

Object apply = Function.identity().apply(2);

System.out.println(apply);

3.8 练习：自定义函数模型拼接

题目

请使用 Function 进行函数模型的拼接，按照顺序需要执行的多个函数操作为：

String str = "赵丽颖,20";

1. 将字符串截取数字年龄部分，得到字符串；

2. 将上一步的字符串转换成为int类型的数字；

3. 将上一步的int数字累加100，得到结果int数字。

Main{String str = "赵丽颖,20";

solotion(s->s.split("\\,")[1],s->Integer.parseInt(s),s->s+=100,str);

}

private static void solotion(Function o1, Function

Integer> o2, Function o3, String str) {

Integer apply = o1.andThen(o2).andThen(o3).apply(str);

System.out.println(apply);

}

4.扩展函数接口

扩展函数接口太多了, 但是掌握了基本的五大函数接口,相信你 其他函数接口都能够掌握,下面有时间会更新相关函数接口的用法

4.1: Operator 相同类型互相转换的接口

BinaryOperator的andthen() 方法不支持两个链接操作 也就是不需要再次BinaryOperator 因为源代码规定不允许使用两次输入

// 单个同类型操作

UnaryOperator u_str=(s)->s.split(" ")[0];

UnaryOperator u_str1=(s)->s.concat(" ok");

String apply = u_str.andThen(u_str1).apply("lambda Ok");

System.out.println(apply);

String apply1 = u_str.compose(u_str1).apply("lambda Ok");

System.out.println(apply1);

// 两个同类型操作

BinaryOperator way_add=(k,v)->k+v;

BinaryOperator way_mul=(k,v)->k*v;

Integer res1 = way_add.apply(1,2);

Integer res2 = way_mul.apply(1,2);

System.out.println(res1);

System.out.println(res2);

Function x=(k)->k*2;

//注意不允许 way_add.andThen(way_mul).apply(1,2); andThen需要的是Function

Integer apply2 = way_add.andThen(x).apply(1,2);

System.out.println(apply2);

// 最大值 最小值 (这里不能连续写 连U型apply 要报错)

BinaryOperator bi_max = BinaryOperator.maxBy(Comparator.naturalOrder());

BinaryOperator bi_min = BinaryOperator.minBy(Comparator.naturalOrder());

Integer res3 = bi_max.apply(2, 3);

Integer res4 = bi_max.apply(3, 2);

System.out.println(res3);

System.out.println(res4);