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day12【函数式接口】（* 自定义函数式接口 * 函数式编程 * 常用函数式接口）
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day12【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
教学目标
能够使用@FunctionalInterface注解 能够自定义无参无返回函数式接口 能够自定义有参有返回函数式接口 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
第一章 函数式接口
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(); } 1.3 @FunctionalInterface注解
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。 1.4 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： public class Demo09FunctionalInterface { // 使用自定义的函数式接口作为方法参数 private static void doSomething(MyFunctionalInterface inter) { inter.myMethod(); // 调用自定义的函数式接口方法 } public static void main(String[] args) { // 调用使用函数式接口的方法 doSomething(() -> System.out.println("Lambda执行啦！")); } } 第二章 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。 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); } }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。 体验Lambda的更优写法使用Lambda必然需要一个函数式接口： @FunctionalInterface public interface MessageBuilder { String buildMessage(); }然后对log方法进行改造： public class Demo02LoggerLambda { private static void log(int level, MessageBuilder builder) { if (level == 1) { System.out.println(builder.buildMessage()); } } public static void main(String[] args) { String msgA = "Hello"; String msgB = "World"; String msgC = "Java"; log(1, () -> msgA + msgB + msgC ); } }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。 证明Lambda的延迟下面的代码可以通过结果进行验证： public class Demo03LoggerDelay { private static void log(int level, MessageBuilder builder) { if (level == 1) { System.out.println(builder.buildMessage()); } } public static void main(String[] args) { String msgA = "Hello"; String msgB = "World"; String msgC = "Java"; log(2, () -> { System.out.println("Lambda执行！"); return msgA + msgB + msgC; }); } }从结果中可以看出，在不符合级别要求的情况下，Lambda将不会执行。从而达到节省性能的效果。 扩展：实际上使用内部类也可以达到同样的效果，只是将代码操作延迟到了另外一个对象当中通过调用方法来完成。而是否调用其所在方法是在条件判断之后才执行的。 2.2 使用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。 import java.util.Arrays; import java.util.Comparator; public class Demo06Comparator { private static Comparator newComparator() { 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。 第三章 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。 3.1 Supplier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。 import java.util.function.Supplier; public class Demo08Supplier { private static String getString(Supplier function) { return function.get(); } public static void main(String[] args) { String msgA = "Hello"; String msgB = "World"; System.out.println(getString(() -> msgA + msgB)); } } 3.2 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 Demo02Test { //定一个方法,方法的参数传递Supplier,泛型使用Integer public static int getMax(Supplier sup){ return sup.get(); } public static void main(String[] args) { int arr[] = {2,3,4,52,333,23}; //调用getMax方法,参数传递Lambda int maxNum = getMax(()->{ //计算数组的最大值 int max = arr[0]; for(int i : arr){ if(i>max){ max = i; } } return max; }); System.out.println(maxNum); } } 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：acceptConsumer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： import java.util.function.Consumer; public class Demo09Consumer { private static void consumeString(Consumer function) { function.accept("Hello"); } public static void main(String[] args) { consumeString(s -> System.out.println(s)); } }当然，更好的写法是使用方法引用。 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。而这个方法就是Consumer接口中的default方法andThen。下面是JDK的源代码： default Consumer andThen(Consumer after) { Objects.requireNonNull(after); return (T t) -> { accept(t); after.accept(t); }; }备注：java.util.Objects的requireNonNull静态方法将会在参数为null时主动抛出NullPointerException异常。这省去了重复编写if语句和抛出空指针异常的麻烦。 要想实现组合，需要两个或多个Lambda表达式即可，而andThen的语义正是“一步接一步”操作。例如两个步骤组合的情况： import java.util.function.Consumer; public class Demo10ConsumerAndThen { private static void consumeString(Consumer one, Consumer two) { one.andThen(two).accept("Hello"); } public static void main(String[] args) { consumeString( s -> System.out.println(s.toUpperCase()), s -> System.out.println(s.toLowerCase())); } }运行结果将会首先打印完全大写的HELLO，然后打印完全小写的hello。当然，通过链式写法可以实现更多步骤的组合。 3.4 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 static void main(String[] args) { String[] array = { "迪丽热巴,女", "古力娜扎,女", "马尔扎哈,男" }; } 解答 import java.util.function.Consumer; public class DemoConsumer { public static void main(String[] args) { String[] array = { "迪丽热巴,女", "古力娜扎,女", "马尔扎哈,男" }; printInfo(s -> System.out.print("姓名：" + s.split(",")[0]), s -> System.out.println("。性别：" + s.split(",")[1] + "。"), array); } private static void printInfo(Consumer one, Consumer two, String[] array) { for (String info : array) { 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。 抽象方法：testPredicate接口中包含一个抽象方法：boolean test(T t)。用于条件判断的场景： import java.util.function.Predicate; public class Demo15PredicateTest { private static void method(Predicate predicate) { boolean veryLong = predicate.test("HelloWorld"); System.out.println("字符串很长吗：" + veryLong); } public static void main(String[] args) { method(s -> s.length() > 5); } }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5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 and(Predicate 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： import java.util.function.Predicate; public class Demo16PredicateAnd { private static void method(Predicate one, Predicate two) { boolean isValid = one.and(two).test("Helloworld"); System.out.println("字符串符合要求吗：" + isValid); } public static void main(String[] args) { method(s -> s.contains("H"), s -> s.contains("W")); } } 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 or(Predicate 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： import java.util.function.Predicate; public class Demo16PredicateAnd { private static void method(Predicate one, Predicate two) { boolean isValid = one.or(two).test("Helloworld"); System.out.println("字符串符合要求吗：" + isValid); } public static void main(String[] args) { method(s -> s.contains("H"), s -> s.contains("W")); } } 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 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： import java.util.function.Predicate; public class Demo17PredicateNegate { private static void method(Predicate predicate) { boolean veryLong = predicate.negate().test("HelloWorld"); System.out.println("字符串很长吗：" + veryLong); } public static void main(String[] args) { method(s -> s.length() String[] array = { "迪丽热巴,女", "古力娜扎,女", "马尔扎哈,男", "赵丽颖,女" }; } } 解答 import java.util.ArrayList; import java.util.List; import java.util.function.Predicate; public class DemoPredicate { 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 list = filter(array, s -> "女".equals(s.split(",")[1]), s -> s.split(",")[0].length() == 4); System.out.println(list); } private static List filter(String[] array, Predicate one, Predicate two) { List list = new ArrayList(); for (String info : array) { if (one.and(two).test(info)) { list.add(info); } } return list; } } 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。 抽象方法：applyFunction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。 import java.util.function.Function; public class Demo11FunctionApply { private static void method(Function 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：andThenFunction接口中有一个默认的andThen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)); }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： import java.util.function.Function; public class Demo12FunctionAndThen { private static void method(Function one, Function two) { int num = one.andThen(two).apply("10"); System.out.println(num + 20); } public static void main(String[] args) { method(str->Integer.parseInt(str)+10, i -> i *= 10); } }第一个操作是将字符串解析成为int数字，第二个操作是乘以10。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。 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"; 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 import java.util.function.Function; public class DemoFunction { public static void main(String[] args) { String str = "赵丽颖,20"; int age = getAgeNum(str, s -> s.split(",")[1], s ->Integer.parseInt(s), n -> n += 100); System.out.println(age); } private static int getAgeNum(String str, Function one, Function two, Function three) { return one.andThen(two).andThen(three).apply(str); } } |
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