JavaSE - 10、函数式接口 - 《CoderXiong 的博客 - 学习笔记整理》

一、函数式接口
- 自定义函数式接口
二、函数式编程
- 1.Lambda的延迟执行
  - 性能浪费的日志案例
- 2.Lambda作为参数和返回值
三、常用函数式接口

主要内容

自定义函数式接口
函数式编程
常用函数式接口

学习目标

能够使用@FunctionalInterface注解
能够自定义函数式接口
能够理解Lambda延迟执行的特点
能够使用Lambda作为方法的参数
能够使用Lambda作为方法的返回值
能够使用Supplier函数式接口
能够使用Consumer函数式接口
能够使用Function函数式接口
能够使用Predicate函数式接口
一、函数式接口
概念
函数式接口在Java中是指：有且仅有一个抽象方法（被abstract修饰）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。

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();     //接口中的方法都是抽象方法，所以public abstract可以省略
}

_@_FunctionalInterface 注解(装饰器)
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。

自定义函数式接口

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：

//自定义函数式接口（只有一个抽象方法）
@FunctionalInterface
public interface MyFuncInterface {
    void MyMethod();
}
public class Demo01 {
    //使用自定义的函数式接口作为方法参数
    private static void doSomething(MyFuncInterface funcinter){
        funcinter.MyMethod();
    }
    public static void main(String[] args) {
        //调用函数式接口的方法
         doSomething(() ->{
             System.out.println("自定义函数式接口的lambda方法执行了");
         });
    }
}

二、函数式编程

在兼顾面向对象特性的基础上，Java语言通过Lambda表达式与方法引用等，为开发者打开了函数式编程的大门。
下面我们做一个初探。

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但还是编译执行了，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：

private static void log(int level, String msg) {
    if (level == 1) {
        System.out.println(msg);
    }
}
//使用lambda
private static void LambdaLog(int level,BuildMessage builder){
    System.out.println("调用日志方法");  
    //执行到这里，判断level == 1，如果不等于lambda中的函数体不执行
    if (level == 1){
        System.out.println(builder.buildMsg());
    }
}
public static void main(String[] args) {
    String msgA = "Hello";
    String msgB = "World";
    String msgC = "Java";
    log(1, msgA + msgB + msgC);        //无论level ==1字符串都进行了拼接，造成性能浪费
    //lambda延迟执行
    LambdaLog(2, () ->{
        System.out.println("lambda方法拼接字符串");
        return msgA + msgB + msgC;
    });
}

这段代码存在问题：无论级别是否满足要求，作为 log 方法的第二个参数，三个字符串一定会首先被拼接并传入方
法内，然后才会进行级别判断。如果级别不符合要求，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。

定义函数式接口：

@FunctionalInterface
public interface BuildMessage {
   String buildMsg();
}

这样一来，只有当级别满足要求的时候，才会进行三个字符串的拼接；否则三个字符串将不会进行拼接。

2.Lambda作为参数和返回值

如果抛开实现原理不说，Java中的Lambda表达式可以被当作是匿名内部类的替代品。如果方法的参数是一个函数
式接口类型，那么就可以使用Lambda表达式进行替代。使用Lambda表达式作为方法参数，其实就是使用函数式
接口作为方法参数。
例如 java.lang.Runnable 接口就是一个函数式接口，假设有一个startThread 方法使用该接口作为参数，那么就可以使用Lambda进行传参。这种情况其实和 Thread 类的构造方法参数为 Runnable 没有本质区别。

public class Demo04Runnable { 
    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！"));
}}

类似地，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。当需要通过一
个方法来获取一个 java.util.Comparator接口类型的对象作为排序器时,就可以调该方法获取。

public class Demo06Comparator {
    private static Comparator<String> newComparator() {        //返回一个比较器类型
        return (a,b) ‐>b.length() ‐a.length();
    }
    public static void main(String[] args) {
        String[] array = {"abc", "ab", "abcd"};
        System.out.println(Arrays.toString(array));
        Arrays.sort(array, newComparator());
        System.out.println(Arrays.toString(array));
    }
}

其中直接return一个Lambda表达式即可。

三、常用函数式接口

JDK提供了大量常用的函数式接口以丰富Lambda的典型使用场景，它们主要在 java.util.function 包中被提供。下面是最简单的几个接口及使用示例。

1.Supplier接口

java.util.function.Supplier<T> 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 Demo01Supplier {
    public static void main(String[] args) {
        String msgA = "hello";
        String msgB = "world";
        System.out.println(getString(()->{
            return msgA+msgB;
        }));
    }
    private static String getString(Supplier<String> func) {
        return func.get();
    }
}

练习：求数组元素最大值
题目
使用 Supplier 接口作为方法参数类型，通过Lambda表达式求出int数组中的最大值。提示：接口的泛型请使用
java.lang.Integer 类。
解答

public class MaxValueArr {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {2,3,5,9,12,65,32};
        int maxNum = getMax(()->{
            int max = arr[0];
            for (int i : arr) {
                if(i>max){
                    max = i;
                }
            }
            return max;
        });
        System.out.println("arr中max="+maxNum);
    }
    private static int getMax(Supplier<Integer> func) {
        return func.get();
    }
}

2.Consumer接口

java.util.function.Consumer<T> 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：

//jdk8用法
Consumer<String> consumer = new Consumer<>() {
    @Override
    public void accept(String s) {
        System.out.println("s="+s);
    }
};
//lambda写法
Consumer<String> consumer = s -> System.out.println("s="+s);
consumer.accept("hello world");
//andThen链式调用
Consumer<String> consumer1 = s -> {
    s+=" xiong";
    System.out.println("s="+s);
};
Consumer<String> consumer2 = s -> {
    s+=" world";        //接收的s还是accept传入的参数
    System.out.println("s="+s);
};
consumer1.andThen(consumer2).accept("Justin");

当然还可以将lambda方法写到Consumer中，像调用普通函数一样

public static void main(String[] args) {
        consumerStr();
        testAndThen();
}
private static void consumerStr() {
    Consumer<Integer> function = x->{
        System.out.println("x*x="+x*x);
    };
    function.accept(2);
}
/**
* 定义3个Consumer并按顺序进行调用andThen方法，其中consumer2抛出NullPointerException。
*/
public static void testAndThen(){
    Consumer<Integer> consumer1 = x -> System.out.println("first x : " + x);
    Consumer<Integer> consumer2 = x -> {
        System.out.println("second x : " + x);
        throw new NullPointerException("throw exception test");     //抛出异常
    };
    Consumer<Integer> consumer3 = x -> System.out.println("third x : " + x);
    //consumer2执行完抛出异常，consumer3未执行
    consumer1.andThen(consumer2).andThen(consumer3).accept(1);  
}

练习：打印集合列表的每一项item信息
定义一个Employee类
10、函数式接口 - 图1
arr.forEach(Consumer<? super T> action) 传入Consumer

private static final List<Employee> employees = Arrays.asList(new Employee(1,"zhangsan"),
                           new Employee(2,"lisi"),new Employee(3,"wagnwu"));
public static void main(String[] args) {
    Consumer<Employee> consumer = employee -> System.out.println(employee);
    employees.forEach(consumer);
}
//打印
//Employee{id=1, name='zhangsan'}
//Employee{id=2, name='lisi'}
//Employee{id=3, name='wagnwu'}

练习：格式化打印信息
题目
下面的字符串数组当中存有多条信息，请按照格式“ 姓名：XX。性别：XX。 ”的格式将信息打印出来。要求将打印姓名的动作作为第一个 Consumer 接口的Lambda实例，将打印性别的动作作为第二个 Consumer 接口的Lambda实例，将两个 Consumer 接口按照顺序“拼接”到一起。

public class FormatInfo {
    public static void main(String[] args) {
        String[] array = { "迪丽热巴,女", "古力娜扎,女", "马尔扎哈,男" };
        printInfo(array,
                s -> System.out.println("姓名："+s.split(",")[0]),
                s -> System.out.println("性别："+s.split(",")[1]));
    }
    private static void printInfo(String[] array,Consumer<String> con1,Consumer<String> con2) {
        for (String s : array) {
            con1.andThen(con2).accept(s);
        }
    }
}

打印：

姓名：迪丽热巴性别：女姓名：古力娜扎性别：女姓名：马尔扎哈性别：男

3.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<T> 接口。
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：

public class Demo01Predicate {
    public static void main(String[] args) {
        String str = "hello world";
        strIsLong(str,s -> {
            return s.length()>20;
        });
    }
    private static void strIsLong(String str,Predicate<String> pre){
        boolean isLong = pre.test(str);        //pre.test(str)  结果就是lambda返回值
        System.out.println(str+"字符串长吗？ "+isLong);
    }
}

条件判断的标准是传入的Lambda表达式逻辑，只要字符串长度大于20则认为很长。
默认方法：and
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，可以使用default方法 and 。其JDK源码为

default Predicate<T> and(Predicate<? super T> other) { 
    Objects.requireNonNull(other); 
    return (t) ‐> test(t) && other.test(t); 
}

如果要判断一个字符串既要包含大写“H”，又要包含大写“W”，那么：

public static void main(String[] args) {
    PredicateAnd("HelloWorld",
                    s -> s.contains("H"),
                    s -> s.contains("W"));
}
private static void PredicateAnd(String str,Predicate<String> one,Predicate<String> two){
    boolean isValid = one.and(two).test(str);
    System.out.println("字符串符合要求吗？ "+isValid);
}

默认方法：or
与 and 的“与”类似，默认方法 or 实现逻辑关系中的“或”。JDK源码为：

default Predicate<T> or(Predicate<? super T> other) { 
    Objects.requireNonNull(other); 
    return (t) ‐> test(t) || other.test(t); 
}

如果希望实现逻辑“字符串包含大写H或者包含大写W”，那么代码只需要将“and”修改为“or”名称即可，其他都不
变：

public static void main(String[] args) {
    PredicateOr("HelloWorld",
                    s -> s.contains("H"),
                    s -> s.contains("W"));
}
private static void PredicateOr(String str,Predicate<String> one,Predicate<String> two){
    boolean isValid = one.or(two).test(str);
    System.out.println("字符串符合要求吗？ "+isValid);
}

默认方法：negate
“与”、“或”已经了解了，剩下的“非”（取反）也会简单。默认方法 negate 的JDK源代码为：

default Predicate<T> negate() { 
    return (t) ‐> !test(t); 
}

从实现中很容易看出，它是执行了test方法之后，对结果boolean值进行“!”取反而已。一定要在 test 方法调用之前
调用 negate 方法，正如 and 和 or 方法一样：

public static void main(String[] args) {
    //非，判断一个字符串包含大写“H”的情况取反
    PredicateNegate("HelloWorld",
                    s -> s.contains("H"));
}
private static void PredicateNegate(String str,Predicate<String> one){
    boolean isValid = one.negate().test(str);
    System.out.println("negate字符串符合要求吗？ "+isValid);
}

练习：集合信息筛选
题目
数组当中有多条“姓名+性别”的信息如下，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：

必须为女生；

姓名为4个字。

public class Test01Predicate {
 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" };
     List<String> lis  = filterArray(array,
             s -> s.split(",")[0].length() == 4,
             s -> s.split(",")[1].equals("女"));
     System.out.println(lis);
 }
 //必须为女生 并且 姓名为4个字。
 private static List<String> filterArray(String[] arr, Predicate<String> one,Predicate<String> two) {
     List<String> li = new ArrayList<>();
     for (String item : arr) {
         System.out.println("------->"+item);
         if(one.and(two).test(item)){
             System.out.println("==========="+item);
             li.add(""+item);
         }
     }
     return li;
 }
}

4.Function接口

java.util.function.Function<T,R> 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。
抽象方法：apply
Function 接口中最主要的抽象方法为： R apply(T t) ，根据类型T的参数获取类型R的结果。
使用的场景例如：将 String 类型转换为 Integer 类型。

private static void method(Function<String,Integer> function) {
 int num = function.apply("10");
 System.out.println(num + 20);
}
public static void main(String[] args) {
 method(s ->Integer.parseInt(s));    
}

当然，最好是通过方法引用的写法。
默认方法：andThen
Function 接口中有一个默认的 andThen 方法，用来进行组合操作。
该方法同样用于“先做什么，再做什么”的场景，和 Consumer 中的 andThen 差不多：

public static void main(String[] args) {
 //andThen链式
 functionAndThen(str ->Integer.parseInt(str)+10,
                 i -> i *= 2);
}
private static void functionAndThen(Function<String ,Integer> one,
                                 Function<Integer ,Integer> two) {
 int num = one.andThen(two).apply("10");   //10+10 = 20，20*2=40
 System.out.println(num+20);     //40+20=60
}

第一个操作是将字符串解析成为int数字并加上10，第二个操作是将第一个操作处理得到的结果乘以2。两个操作通过 andThen 按照前后顺序组合到了一起。

请注意，Function的前置条件泛型和后置条件泛型可以相同。 Function<String ,Integer> one 处理之前是String ，处理之后是Integer Function<Integer,Integer> one 处理之前是Integer ，处理之后还是Integer

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”;

将字符串截取数字年龄部分，得到字符串；
将上一步的字符串转换成为int类型的数字；
将上一步的int数字累加100，得到结果int数字。

解答
10、函数式接口 - 图3
综合练习
如果是一个数组怎么办呢？
String[] array = { "迪丽热巴,女,23", "古力娜扎,女,16", "马尔扎哈,男,32", "赵丽颖,女,20" };
要求：

名字必须是4个字，且必须是女的

年龄+100

public class Test02 {
  public static void main(String[] args) {
      String[] array = { "迪丽热巴,女,23", "古力娜扎,女,16", "马尔扎哈,男,32", "赵丽颖,女,20" };
      List<String> actorList = getActorList(array,
              s -> "女".equals(s.split(",")[1]),
              s -> s.split(",")[0].length() == 4,
              s -> {
                  int age = Integer.parseInt(s.split(",")[2]);
                  String[] strList = s.split(",");
                  strList[2] = String.valueOf(age+100);
                  String item = "";
                  for (String s1 : strList) {
                      item=item+s1+",";
                  }
                  return item.substring(0,item.length()-1);
              }
      );
      System.out.println(actorList);
  }
  private static List<String> getActorList(String[] array, Predicate<String> pred1, Predicate<String> pred2,
                                        Function<String,String> func) {
      ArrayList<String> strings = new ArrayList<>();
      for (String item : array) {
          if(pred1.and(pred2).test(item)){
              String s =  func.apply(item);
              strings.add(s);
          }
      }
      return strings;
  }
}

打印结果：

[迪丽热巴,女,123, 古力娜扎,女,116]

10、函数式接口

一、函数式接口