函数式接口 - JDK源码解析——深入函数式接口 - 《Java 笔记》

概述
什么是函数式接口
一个简单示例
Lambda表达式
双冒号操作符

JDK 函数式接口
函数式接口所涉及的知识点包含：java.util.function包，@FunctoinInterface注解，Lambda表达式，双冒号操作符。

概述

源码使用的版本为JDK-11.0.11

什么是函数式接口
在分析具体内容之前，来对函数式接口做个基本的认知。函数式接口是JAVA语言为引入函数式编程而增加的特性，也即是说函数式接口式Java实现函数式编程的具体方式。那么，函数式编程到底是什么？他和面向对象编程又有什么关系？它能带来什么？又是否真的需要函数式编程？有很多小伙伴，是以面向对象语言开启的编程世界的，对于函数式编程其实很陌生。所以，在这里先引荐编程界的三大流派（当然还有别的流派）：过程式，函数式，对象式：

编程范式
函数式编程的思想脱胎于数学理论，也就是通常所说的λ演算（λ-calculus）。这也是为什么Java8中引入的函数式编程叫Lambda表达式的原因吧。如同数学中的函数一样，函数式编程范式中的函数有独特的特性，也就是通常说的无状态或引用透明性。一个函数的输出由且仅由其输入决定，同样的输入永远会产生同样的输出。
函数式编程的定义：”函数式编程是一种编程范式。它把计算当成是数学函数的求值，从而避免改变状态和使用可变数据。它是一种声明式的编程范式，通过表达式和声明而不是语句来编程。” 函数式编程的代码通常更加简洁，但是不一定易懂。
近年来，随着多核平台和并发计算的发展，函数式编程的无状态特性，在处理这些问题时有着其他编程范式不可比拟的天然优势。这种发展也就进一步促使了Java引入函数式编程这一特性。

一个简单示例
先展示一个简单的函数式编程的示例：
```
/**
 * 简单的函数式编程示例
 */
public static void lambdaDemo1() {
  // 准备测试数据
  Integer[] data = new Integer[] {1, 2, 3};
  List<Integer> list = Arrays.asList(data);
  // 简单示例：转换单位并打印数据
  list.forEach(x -> System.out.println(String.format("Cents into Yuan: %.2f", x/100.0)));
}
```
不熟悉Lambda表达式的小伙伴可能会好奇其中的语句：x -> System.out.println(String.format("Cents into Yuan: %.2f", x/100.0))，这是什么呢？这就是Lambda表达式。通常，要访问List对象，需要通过for、while等控制循环语句，并在循环中完成相关工作。有了函数式编程后，就可以使用Lambda表达式来完成对应的功能，是不是很简洁！小伙伴们可能会奇怪，难道Lambda自动做了循环？当然不是，这里的循环控制并没有减少，只是在forEach方法中而已。打开默认的迭代器forEach实现方法（ArrayList的forEach实现有差异，总体逻辑一致），代码显示forEach循环，并在循环中执行参数的函数逻辑。
```
default void forEach(Consumer<? super T> action) {
  Objects.requireNonNull(action);
  for (T t : this) {
      action.accept(t);
  }
}
```
既然没有省略控制逻辑，难道费这么大的力气引入这个就只是为了简洁点？画了一下调用逻辑，参见下图

从上图中是不是隐约可以看出：这种方式可以将控制部分和业务处理部分进行解耦，业务处理代码更容易集中。
在分析forEach源码的时候，看到forEach的参数类型为Consumer，打开Consumer源码（主要接口声明部分）：
```
@FunctionalInterface
public interface Consumer<T> {
...
}
```
这就是一个简单的接口，接口使用了@FunctionInterface的接口，这是不是对Lambda表达式使用位置的约束呢？这个问题将在接下来的章节给出答案。

Lambda表达式
在示例部分，展示了在Java中如何Lambda进行函数式编程，是不是跃跃欲试想要动手了呢？在动手之前先全面学习Lambda表达式的语法。下面给出几种常见的Lambda代码片段（代码仅截取部分，无上下文）：
```
() -> System.out.println("demo")
  ...
list.forEach(x ->  System.out.print(x));
...
map.forEach((x, y) -> {
  System.out.print(x);
  System.out.println(y);
});
...
(Integer x, String y) -> System.out.println("x: " + x ", y: " + y);
```
从上面代码片段，可以看出Lambda表达式是通过->操作符来连接的，左边为参数部分，右边为表达式主体。
Lambda表达式语法：

(parameters)->expression
(parameters)->{statements;}

参数说明：([[type] parameter [, ...]])

参数包括在圆括号内，参数数量可以0到多个，多个参数通过逗号“,”分割，例如(x, y)->
参数类型可明确声明，也可以省略，省略时根据上下文进行推断，例如：(x)->, (int x)->
无参数，直接使用括号，例如：()->
一个参数时，且参数类型省略，则括号可以省略 x->

表达式主体：

由0到多条语句组成
只有一条语句时，语句块符号“{}”可省略，此时语句的结果将作为返回值，例如：->x*x, ->System.out.print(x)。
超过一条语句时，必须使用语句块符号“{}”包含起来。
带return关键字必须用代码块，例如：->{return x+x}。

常见的组合形式：

(int a, int b) -> {  return a + b; }
() -> System.out.println("Demo")
(String s) -> { 
  System.out.println(s); 
}
() -> 42
() -> { return 3.1415 };

启动线程

new Thread(
    () -> System.out.println("start in thread.")
).start();

其他的代码遵循基本的Java语法，小伙伴们现在就可以大展拳脚，试试通过Lambda表达式进行函数式编程。

双冒号操作符

Java类中的的方法也是函数，可不可以在传入Lambda表达式的地方传入普通方法呢？类似下面这种效果：

List<String> list = new ArrayList<String>();
...
list.forEach(xxxMethod());

首先xxxMethod()会直接触发方法执行，并且返回的类型也不匹配forEach方法。那么，正确的形式应该如何写呢？这就需要双冒号云算法登场了。双冒号云算符标准名称为eta-conversion，有下面四种常用场景

实例方法引用 object::instanceMethod
静态方法引用 Class::staticMethod
实例方法引用（实例作为参数传入） Class::instanceMethod
构造方法引用 Class:new

无参数：Supplier
一个参数：Function
二个参数：BiFunction
更多：自定义函数接口

示例代码

public class FunctionInterfaceInvoke {
    public static void main(String[] args) {
        // 1-1 构造方法（无参数），编译会做参数检查（包含输入参数和返回值）
        Supplier<FunctionInterfaceInvoke> s = FunctionInterfaceInvoke::new;
        s.get();
        //1-2 构造方法（1个参数）
        IntFunction<FunctionInterfaceInvoke> func = FunctionInterfaceInvoke::new;
        func.apply(1);
        // 1-3 构造方法（多个参数）
        BiFunction<Integer, Integer, FunctionInterfaceInvoke> func2 = FunctionInterfaceInvoke::new;
        func2.apply(1, 2);
        // 2 静态方法
        Consumer<Integer> sta1 = FunctionInterfaceInvoke::staticMethod;
        sta1.accept(1);
        // 3 实例方法
        IntConsumer sta2 = new FunctionInterfaceInvoke()::instanceMethod;
        sta2.accept(2);
    }
    public FunctionInterfaceInvoke() {
        System.out.println("none parameters");
    }
    public FunctionInterfaceInvoke(int p1) {
        System.out.println("constructor whith one parameter: " + p1);
    }
    public FunctionInterfaceInvoke(Integer p1, Integer p2) {
        System.out.println(String.format("constructor whith 2 parameters %1s, %2s", p1, p2));
    } 
    public static void staticMethod(Integer p1) {
        System.out.println("static method:" + p1);
    }
    public void instanceMethod(int p1) {
        System.out.println("instance method:"+p1);
    }
}

JDK源码解析——深入函数式接口

概述

什么是函数式接口

一个简单示例

Lambda表达式

双冒号操作符