函数式编程简介

「爱情、让人受尽委屈。」 2021-06-24 15:59 459阅读 0赞

我们先从一个例子说起，从一个城市集合中寻找是否存在Chicago，传统做法

boolean found = false;
    for(String city : cities) {
        if(city.equals("Chicago")) {
            found = true;
            break;
        }
    }
    System.out.println("Found chicago?:" + found);

以上代码就是绝大多数开发人员在面对这个问题时的第一反应。 它通过**命令式风格**(Imperative Style)的代码来完成需要的逻辑，但是看起来会比较复杂，因为代码量较多。稍有经验的开发人员则会利用现有的API来实现，使代码更简洁同时也更具有可读性，因为它将代码风格由命令式转变为声明式(Declarative Style)。

System.out.println("Found chicago?:" + cities.contains("Chicago"));

简单的一行代码，就能够将程序的意图显示出来。

再看一个例子，假设对于20元以上的商品，进行9折处理，最后得到这些商品的折后价格。如下解决方案立即会映入脑海：

final List<BigDecimal> prices = Arrays.asList(
        new BigDecimal("10"), new BigDecimal("30"), new BigDecimal("17"),
        new BigDecimal("20"), new BigDecimal("15"), new BigDecimal("18"),
        new BigDecimal("45"), new BigDecimal("12"));
    
    BigDecimal totalOfDiscountedPrices = BigDecimal.ZERO;
    for(BigDecimal price : prices) {
        if(price.compareTo(BigDecimal.valueOf(20)) > 0)
            totalOfDiscountedPrices = totalOfDiscountedPrices.add(price.multiply(BigDecimal.valueOf(0.9)));
    }
    System.out.println("Total of discounted prices: " + totalOfDiscountedPrices);

当你经常性的写这种类型的代码时，不知道是否会产生一种无聊或者不安的情绪。因为这段代码已经普通到有点乏味了，虽然它能够正常工作，但是总会感觉到它并不是那么优雅。更优雅的方式，是使用声明式的代码：

final BigDecimal totalOfDiscountedPrices = prices.stream()
        .filter(price -> price.compareTo(BigDecimal.valueOf(20)) > 0)
        .map(price -> price.multiply(BigDecimal.valueOf(0.9)))
        .reduce(BigDecimal.ZERO, BigDecimal::add);
    
    System.out.println("Total of discounted prices: " + totalOfDiscountedPrices);

没有声明任何的临时变量，没有各种if判断，逻辑一气呵成。同时也更具有可读性： 首先将价格集合根据条件进行过滤（filter)，然后对过滤后的集合进行折扣处理(map)，最后将折扣后的价格进行相加(reduce)。

它利用了Java 8的新特性，Lambda表达式以及相关的方法如stream()，reduce()等将代码转变成函数式的风格(Functional Style)。Lambda表达式和其相关内容会在后文中进行详细介绍。

1、使用函数式代码的好处

*  减少了可变量(Immutable Variable)的声明
 *  能够更好的利用并行(Parallelism)
 *  代码更加简洁和可读

当然，Java 8中对于函数式编程风格的引入，并不是为了要颠覆已经根深蒂固面向对象编程风格。而是让它们和谐共处，取长补短。比如，使用面向对象对实体进行建模，对实体之间的关系进行表述；而使用函数式编码来实现实体中的各种状态改变，业务流程以及数据处理。

2、函数式编程核心：

1）声明式的代码风格(Declarative Style) : 这需要提高代码的抽象层次，比如在前面的例子中，将从集合中搜索一个元素的操作封装到contains方法中。

2）更多的不变性(Promote Immutability) : 能不声明变量就不要声明，需要变量时尽量使用final来修饰。因为变量越多，就意味着程序越难以并行。实现了不变性的方法意味着它不再有副作用，不会因为调用而改变程序的状态。

3）使用表达式来代替语句(Prefer Expression to Statement) : 使用语句也就意味着不变性的破坏和程序状态的改变，比如赋值语句的使用。

4）使用高阶函数(High-Order Function) : 在Java 8以前，重用是建立在对象和类型系统之上。而Java 8中则将重用的概念更进一步，使用函数也能够实现代码的重用。所谓高阶函数，不要被其名字唬住了，实际上很简单：

*  将函数作为参数传入到另外一个函数中
 *  函数的返回值可以是函数类型
 *  在函数中创建另一个函数

在前文中，已经见过函数作为参数传入到另一个函数的例子了：

prices.stream()
        .filter(price -> price.compareTo(BigDecimal.valueOf(20)) > 0)
        .map(price -> price.multiply(BigDecimal.valueOf(0.9)))
        .reduce(BigDecimal.ZERO, BigDecimal::add);

price -> price.multiply(BigDecimal.valueOf(0.9))实际上就是一个函数。只不过它的写法使用了Lambda表达式，当代码被执行时，该表达式会被转换为一个函数。

3、函数式接口：

函数式接口前面已经介绍了，这里再强调一下。

为了在Java中引入函数式编程，Java 8中引入了函数式接口这一概念。函数式接口就是仅声明了一个方法的接口，比如我们熟悉的Runnable，Callable，Comparable等都可以作为函数式接口。当然，在Java 8中，新添加了一类函数式接口，如Function，Predicate，Consumer，Supplier等。

在函数式接口中，可以声明0个或者多个default方法，这些方法在接口内就已经被实现了。因此，接口的default方法也是Java 8中引入的一个新概念。

函数式接口使用@FunctionalInterface注解进行标注。虽然这个注解的使用不是强制性的，但是使用它的好处是让此接口的目的更加明确，同时编译器也会对代码进行检查，来确保被该注解标注的接口的使用没有语法错误。

如果一个方法接受一个函数式接口作为参数，那么我们可以传入以下类型作为参数：

*  匿名内部类(Anonymous Inner Class)
 *  Lambda表达式
 *  方法或者构造器的引用(Method or Constructor Reference)

第一种方式是Java的以前版本中经常使用的方式，在Java 8中不再被推荐。 第二种方式中，Lambda表达式会被编译器转换成相应函数式接口的一个实例。 第三种方式实质上也是一种lambda表达式的一种，会在后文中详细介绍。