Java-函数式接口(java.util.function包)

简介

本文介绍Java的函数式接口(java.util.function包)。

常用接口

接口定义	方法	作用	说明
Function< T, R >	R apply(T t);	参数：T对象。返回值：R对象。	功能型接口
Consumer< T >	void accept(T t);	参数：T对象。返回值：无	消费型接口
Supplier< T >	T get();	参数：无。返回值：T对象	供给型接口
Predicate< T >	boolean test(T t);	参数：T对象。返回值：boolean	断言型接口

不常用接口

接口定义	描述
UnaryOperator< T >	参数：T对象。返回值：T对象
BiConsumer<T, U>	参数：T对象和U对象。返回值：无
BiPredicate<T, U>	参数：T对象和U对象。返回值：boolean
BiFunction<T, U, R>	参数：T对象和U对象。返回值：R对象
BinaryOperator< T >	参数：两个T对象。参会之：T对象

JDK1.8函数接口变化

JDK1.8新增加的函数接口:

• java.util.function
• java.util.stream

JDK1.8之前已有的函数式接口:

• java.lang.Runnable
• java.util.concurrent.Callable
• java.security.PrivilegedAction
• java.util.Comparator
• java.io.FileFilter
• java.nio.file.PathMatcher
• java.lang.reflect.InvocationHandler
• java.beans.PropertyChangeListener
• java.awt.event.ActionListener
• javax.swing.event.ChangeListener

Function< T, R >  功能型

简介

概述

作用

实现一个”一元函数“，即传入一个值经过函数的计算返回另一个值。

使用场景

1. V HashMap.computeIfAbsent(K , Function<K, V>) // 简化代码，如果指定的键尚未与值关联或与null关联，使用函数返回值替换。
2. <R> Stream<R> map(Function<? super T, ? extends R> mapper); // 转换流

设计思想

一元函数的思想，将转换逻辑提取出来，解耦合

定义

package java.util.function;
import java.util.Objects;

@FunctionalInterface
public interface Function<T, R> {
    // 接受输入参数，对输入执行所需操作后  返回一个结果。
    R apply(T t);

    // 返回一个 先执行before函数对象apply方法，再执行当前函数对象apply方法的 函数对象。
    default <V> Function<V, R> compose(Function<? super V, ? extends T> before) {
       Objects.requireNonNull(before);
       return (V v) -> apply(before.apply(v));
    }

    // 返回一个 先执行当前函数对象apply方法， 再执行after函数对象apply方法的 函数对象。
    default <V> Function<T, V> andThen(Function<? super R, ? extends V> after) {
        Objects.requireNonNull(after);
        return (T t) -> after.apply(apply(t));
    }   

    // 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。
    static <T> Function<T, T> identity() {
        return t -> t;
    } 
}

实例

apply示例1：直接返回

Function<String, String> function = a -> "Hello," + a;
System.out.println(function.apply("Jack")); // Hello,Jack

apply示例2：执行代码再返回

Function<String, String> function = a -> {
    System.out.print("Welcome!");
    return "Hello," + a;
}
System.out.println(function.apply("Jack")); // Welcome!Hello,Jack

compose

Function<String, String> function = a -> {a + " Jack!"};
Function<String, String> function1 = a -> {a + " Bob!"};
String greet = function.compose(function1).apply("Hello");
System.out.println(greet); // Hello Bob! Jack!

andThen

Function<String, String> function = a -> {a + " Jack!"};
Function<String, String> function1 = a -> {a + " Bob!"};
String greet = function.andThen(function1).apply("Hello");
System.out.println(greet); // Hello Jack! Bob!

所有接口

接口定义	描述
Function< T, R >	接收T对象，返回R对象。
DoubleFunction<R>	接收一个double类型的参数并返回结果的函数
DoubleToIntFunction	接收一个double类型的参数并返回int结果的函数
DoubleToLongFunction	接收一个double类型的参数并返回long结果的函数
IntFunction<R>	接收一个int类型的参数并返回结果的函数
IntToDoubleFunction	接收一个int类型的参数并返回double结果的函数
IntToLongFunction	接收一个int类型的参数并返回long结果的函数
LongFunction<R>	接收一个long类型的参数并返回结果的函数
LongToDoubleFunction	接收一个long类型的参数并返回double结果的函数
LongToIntFunction	接收一个long类型的参数并返回int结果的函数
ToDoubleBiFunction<T,U>	接收两个参数并返回double结果的函数
ToDoubleFunction<T>	接收一个参数并返回double结果的函数
ToIntBiFunction<T,U>	接收两个参数并返回int结果的函数
ToIntFunction<T>	接收一个参数并返回int结果的函数
ToLongBiFunction<T,U>	接收两个参数并返回long结果的函数
ToLongFunction<T>	接收一个参数并返回long结果的函数

Consumer< T > 消费型

简介

概述

作用

消费某个对象

使用场景

Iterable接口的forEach方法需要传入Consumer，大部分集合类都实现了该接口，用于返回Iterator对象进行迭代。

设计思想

1. 开发者调用ArrayList.forEach时，一般希望自定义遍历的消费逻辑，比如：输出日志或者运算处理等。
2. 处理逻辑留给使用者，使用灵活多变。
3. 多变的逻辑能够封装成一个类（实现Consumer接口），将逻辑提取出来。

定义

package java.util.function;

import java.util.Objects;

@FunctionalInterface
public interface Consumer<T> {
    //提供一个T类型的输入参数，不返回执行结果
    void accept(T t);

    //返回一个组合函数，after将会在该函数执行之后应用
    default Consumer<T> andThen(Consumer<? super T> after) {
        Objects.requireNonNull(after);
        return (T t) -> { accept(t); after.accept(t); };
    }
}

实例

accept

StringBuilder sb = new StringBuilder("Hello ");
Consumer<StringBuilder> consumer = (str) -> str.append("Jack!");
consumer.accept(sb);
System.out.println(sb.toString());	// Hello Jack!

andThen

StringBuilder sb = new StringBuilder("Hello ");
Consumer<StringBuilder> consumer = (str) -> str.append("Jack!");
Consumer<StringBuilder> consumer1 = (str) -> str.append(" Bob!");
consumer.andThen(consumer1).accept(sb);
System.out.println(sb.toString());	// Hello Jack! Bob!

所有接口

接口	描述
Consumer<T>	提供一个T类型的输入参数，不返回执行结果
BiConsumer<T,U>	提供两个自定义类型的输入参数，不返回执行结果
DoubleConsumer	表示接受单个double值参数，但不返回结果的操作
IntConsumer	表示接受单个int值参数，但不返回结果的操作
LongConsumer	表示接受单个long值参数，但不返回结果的操作
ObjDoubleConsumer<T>	表示接受object值和double值，但是不返回任何操作结果
ObjIntConsumer<T>	表示接受object值和int值，但是不返回任何操作结果
ObjLongConsumer<T>	表示接受object值和long值，但是不返回任何操作结果

Supplier< T >  供给型

简介

概述

作用

创建一个对象（工厂类）

使用场景

Optional.orElseGet(Supplier<? extends T>)：当this对象为null，就通过传入supplier创建一个T返回。

设计思想

封装工厂创建对象的逻辑

定义

package java.util.function;

@FunctionalInterface
public interface Supplier<T> {
    //获取结果值
    T get();
}

实例（常用）

示例1：直接返回值

Supplier<String> supplier = () -> "Hello Jack!";
System.out.println(supplier.get()); // Hello Jack!

示例2：执行代码

Supplier<String> supplier = () -> {
    int i = 3;
    return i + 1;
}
System.out.println(supplier.get()); // 4

示例3：封装功能

假如我们有好几个地方需要手动捕获异常，然后打印出来，正常写法：每段代码都try catch一下。这样会很麻烦！方案是：封装成Supplier，然后调用：

package com.example.a;

import java.util.function.Supplier;

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        // 原始语句：Integer i = 2 / 0;
        Integer i = executeCatchException(() -> {
            return 2 / 0;
        });
        System.out.println(i);

        Integer a = null;
        // 原始语句：Boolean result = a.equals(2);
        Boolean result = executeCatchException(() -> {
            return a.equals(2);
        });
        System.out.println(a);
    }

    private static <T> T executeCatchException(Supplier<T> supplier) {
        T t = null;
        try {
            t = supplier.get();
        } catch (Exception e) {
            String msg = "报错：" + e.getMessage();
            System.out.println(msg);
        }

        return t;
    }
}

结果

报错：/ by zero
null
报错：null
null

所有接口

接口	描述
Supplier<T>	不提供输入参数，但是返回结果的函数
BooleanSupplier	不提供输入参数，但是返回boolean结果的函数
DoubleSupplier	不提供输入参数，但是返回double结果的函数
IntSupplier	不提供输入参数，但是返回int结果的函数
LongSupplier	不提供输入参数，但是返回long结果的函数

Predicate< T > 断言型接口

简介

概述

作用

• 判断对象是否符合某个条件

使用场景

• ​ArrayList的removeIf(Predicate)：删除符合条件的元素
• ​如果条件硬编码在ArrayList中，它将提供无数的实现，但是如果让调用者传入条件，这样ArrayList就可以从复杂和无法猜测的业务中解放出来。

设计思想

• 提取条件，让条件从处理逻辑脱离出来，解耦合

定义

package java.util.function;

import java.util.Objects;

@FunctionalInterface
public interface Predicate<T> {

    // 根据给定的参数进行判断
    boolean test(T t);

    // 返回一个组合判断，将other以短路与的方式加入到函数的判断中
    default Predicate<T> and(Predicate<? super T> other) {
        Objects.requireNonNull(other);
        return (t) -> test(t) && other.test(t);
    }

    // 将函数的判断取反
    default Predicate<T> negate() {
        return (t) -> !test(t);
    }

    // 返回一个组合判断，将other以短路或的方式加入到函数的判断中
    default Predicate<T> or(Predicate<? super T> other) {
        Objects.requireNonNull(other);
        return (t) -> test(t) || other.test(t);
    }

    
    static <T> Predicate<T> isEqual(Object targetRef) {
        return (null == targetRef)
                ? Objects::isNull
                : object -> targetRef.equals(object);
    }
}

实例

test

Predicate<Integer> predicate = number -> number != 0;
System.out.println(predicate.test(10));    //true

and

Predicate<Integer> predicate = number -> number != 0;
predicate = predicate.and(number -> number >= 10);
System.out.println(predicate.test(10));    //true

or

Predicate<Integer> predicate = number -> number != 0;
predicate = predicate.or(number -> number != 10);
System.out.println(predicate.test(10));    //true

所有接口

接口	描述
Predicate<T>	对给定的输入参数执行操作，返回一个boolean类型的结果（布尔值函数）
BiPredicate<T,U>	对给定的两个输入参数执行操作，返回一个boolean类型的结果（布尔值函数）
DoublePredicate	对给定的double参数执行操作，返回一个boolean类型的结果（布尔值函数）
IntPredicate	对给定的int输入参数执行操作，返回一个boolean类型的结果（布尔值函数）
LongPredicate	对给定的long参数执行操作，返回一个boolean类型的结果（布尔值函数）

原理

apply

首先我们已经知道了Function是一个泛型类，其中定义了两个泛型参数T和R，在Function中，T代表输入参数，R代表返回的结果。也许你很好奇，为什么跟别的java源码不一样，Function 的源码中并没有具体的逻辑呢？

其实这很容易理解，Function 就是一个函数，其作用类似于数学中函数的定义：y = f(x) ，（x,y）跟<T,R>的作用几乎一致。所以Function中没有具体的操作，具体的操作需要我们指定，apply具体返回的结果取决于传入的lambda表达式。

举例：

Function<Integer, Integer> test = i -> i + 1;
System.out.println(test.apply(5));

用lambda表达式定义了一个行为使得i自增1，我们使用参数5执行apply，最后返回6。这跟我们以前看待Java的眼光已经不同了，在函数式编程之前我们定义一组操作首先想到的是定义一个方法，然后指定传入参数，返回我们需要的结果。函数式编程的思想是先不去考虑具体的行为，而是先去考虑参数，具体的方法我们可以后续再设置。

再举个例子：

public void test() {
    Function<Integer, Integer> test1 = i -> i + 1;
    Function<Integer, Integer> test2 = i -> i * i;
    /* print:6 */
    System.out.println(calculate(test1, 5));
    /* print:25 */
    System.out.println(calculate(test2, 5));
}

public static Integer calculate(Function<Integer, Integer> test, Integer number) {
    return test.apply(number);
}

通过传入不同的Function，实现了在同一个方法中实现不同的操作。在实际开发中这样可以大大减少很多重复的代码，比如我在实际项目中有个新增用户的功能，但是用户分为VIP和普通用户，且有两种不同的新增逻辑。那么此时我们就可以先写两种不同的逻辑。除此之外，这样还让逻辑与数据分离开来，我们可以实现逻辑的复用。

当然实际开发中的逻辑可能很复杂，比如两个方法F1,F2都需要操作AB，但是F1需要A->B，F2方法需要B->A。这样的我们用刚才的方法也可以实现，源码如下：

public void test() {
    Function<Integer, Integer> A = i -> i + 1;
    Function<Integer, Integer> B = i -> i * i;
    /* F1:36 */
    System.out.println("F1:" + B.apply(A.apply(5)));
    /* F2:26 */
    System.out.println("F2:" + A.apply(B.apply(5)));
}

compose和andThen

如上边例子所示，假如我们F1,F2需要四个逻辑ABCD，那我们还这样写就会变得很麻烦了。compose和andThen可以解决我们的问题。

先看compose的源码：compose接收一个Function参数，返回时先用传入的逻辑执行apply，然后使用当前Function的apply。如下所示

default <V> Function<V, R> compose(Function<? super V, ? extends T> before) {
    Objects.requireNonNull(before);
    return (V v) -> apply(before.apply(v));
}

andThen跟compose正相反，先执行当前的逻辑，再执行传入的逻辑：

default <V> Function<T, V> andThen(Function<? super R, ? extends V> after) {
    Objects.requireNonNull(after);
    return (T t) -> after.apply(apply(t));
}

这样说可能不够直观，我可以换个说法：compose等价于B.apply(A.apply(5))，而andThen等价于A.apply(B.apply(5))。

Function<Integer, Integer> A = i -> i + 1;
Function<Integer, Integer> B = i -> i * i;
/* F1:36 */
System.out.println("F1:" + B.apply(A.apply(5)));
/* F1:36 */
System.out.println("F1:" + B.compose(A).apply(5));
/* F2:26 */
System.out.println("F2:" + A.apply(B.apply(5)));
/* F2:26 */
System.out.println("F2:" + B.andThen(A).apply(5));

其他网址

《JAVA开发实战经典 第2版》=> 16.10 内建函数式接口 ​