Java 8 函数编程核心简述

参考:

  1. Java 8实战
  2. Java 8函数式编程-图书-图灵社区
  3. 深入探索Java 8 Lambda表达式

前言

目前在开发中已经大量使用 Java8,尤其是 steam 和 lambda 表达式,但没有完整学习。趁着有时间,好好梳理下,于是有了这篇简短的记录,本文只是一个简短的、思考方式的记录。

函数式编程

详细的请参考:函数式编程 - CoolShell

首先,来看一下什么是函数式编程?
wiki中定义:函数式编程是一种编程模型,将 计算机运算看做是数学中函数的计算,并且避免了状态以及变量的概念。 也就是将数学上的函数与编程中的函数等同,数学上的函数:y = F(x),这需要满足几个条件:

  1. 数据不可变,其实就是没有变量,可以回忆下数学上的函数定义,有哪个会把 x 变成 y ?
  2. 结果确定,只要输入确定,结果确定,也就是函数本身是无状态的,可重入的
  3. 函数本身可以传递, 比如:z = Q(y) = Q(F(x))

除了纯粹的函数式语言,比如Lisp,大部分支持函数式编程的语言本身都是有变量的、无法限制状态的,但是同样在实现时注意,就可以满足条件1和2,比如:

int add(int a, int b) {
  return a + b;
}

对 Java 来说满足1、2条件也是如此,需要从实现层面保证。

但是函数本身需要可以传递,比如 Python 中可以直接将函数赋值给变量,但是 Java 中是无法直接传递函数的,Java 中甚至没有独立存在的方法,一切都是面向对象的,方法必须归属与某个对象。如何解决?

Java8 函数式核心

代码中最核心(至少是之一)要处理的是: 处理数据集

Java8 之前如何处理?简单来说,就是for/while等循环处理

比如: 使用 for 循环计算来自伦敦的艺术家人数

int count = 0;
for (Artist artist : allArtists) {
    if (artist.isFrom("London")) { 
        count++;
    } 
}

而函数式编程的强项就在于此:

long count = allArtists.stream()
                        .filter(artist -> artist.isFrom("London"))
                        .count();

pipeline/Stream 编程

Java 8 最核心的就是使 Pipeline/Stream 方式能在 Java 中使用了,为了达成这个目标:

  1. 首先需要一个管道
    • Unix 操作系统支持Pipeline
    • Java 8 提供了 Stream
  2. 管道需要输入 -- 为了简化转换 Stream 所以:
    • 提供了of iterate 等静态方法
    • Collection、IO 等库都添加了转变为 Stream的支持,为了保持兼容,接口引入 default
  3. 管道中需要真正处理
    3.1 流操作 - 提供各自通用/常用的数据集转换/映射
    3.2 函数接口 - 提供真正的数据操作逻辑
    • lambda 表达式支持成了必然,而 Java 中函数并不是第一等级的,所以使用 Interface 的方式进行了曲线支持
    • 因此就需要预先定义一堆函数式接口,为了防止二意,函数式接口只能有一个抽象方法
    • 为了避免错误, 引入 @FunctionalInterface 注解
  4. 最终,流需要输出
    • 收集器,将流转换成 值/数据结构/分割

从这个角度来说,Java 8 提供的不是函数式编程,而是提供了 面向流程/行为的数据集处理

Java-functional.png

引入 lambda 表达式?

上面已经提到 lambda 表达式,如果没有这个,之前要 Java 要怎么做?匿名类,比如:

Runnable r = new Runnable() {  
    @Override  
    public void run() {  
        System.out.println("Hello");  
    }  
};  
r.run();

匿名类有一些问题,个人认为最核心就两个:

  1. 太麻烦,就如上面的例子,总共就一行真正的逻辑代码,但是模版代码好多,这在 Stream的接口里要写实在太麻烦,代码没法看
  2. 性能,匿名类还是类,需要构造、实例化、需要内存

但是 lambda 表达式本身并不是重点,重点是为何需要引入 lambda 表达式?上面匿名类的问题一直存在,之前好像也能凑合,但是在引入 Stream 之后,倾向就是让开发人员大量使用,这时候这些问题就成了致命问题。

总结

我们来看,Java 8 开始引入函数式编程,但是其和其它语言对函数式编程支持有差别:

  1. 函数依然不是第一等级
  2. 抓住最核心的问题,不是那种 - 比如Python可以任意组合的,但是实实在在的方便了开发人员快速处理数据集的能力,并且保持一贯的严谨

看得出来,Java 的设计架构人员还是非常智慧的,也是非常实际的。这是好事!

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