java8函数式编程

什么是函数式编程?

百度百科： 函数式编程，是一种编程范式，它将电脑运算视为函数运算，并且避免使用程序状态以及易变对象。其中，λ演算为该语言最重要的基础。而且，λ演算的函数可以接受函数作为输入参数和输出返回值。

讲人话： 函数式编程一种编程范式,允许使用一种表达式（lambda表达式）来表示一个函数

函数式接口

Java语言中函数式编程，通过Java8版本提供的函数式接口规范来实现,它指的是有且只有一个未实现的方法的接口，一般通过FunctionalInterface这个注解来表明某个接口是一个函数式接口(非必须，如果标注了该注解，编译器检查接口是否符合函数式接口规范，如出现两个及以上数量的普通方法，编译器会报错)。函数式接口是Java支持函数式编程的基础。java8及以上版本才支持。

入门

使用Consumer作为示例，它是一个函数式接口，包含一个抽象方法accept，这个方法只有输入而无输出。
现在我们要定义一个Consumer对象，传统的方式是这样定义的：

Consumer c = new Consumer() {
    @Override
    public void accept(Object o) {
        System.out.println(o);
    }
};

而在Java8中，针对函数式编程接口，可以这样定义：

Consumer c = (o) -> {
    System.out.println(o);
};  

上面已说明，函数式编程接口都只有一个抽象方法，因此在采用这种写法时，编译器会将这段函数编译后当作该抽象方法的实现。
如果接口有多个抽象方法，编译器就不知道这段函数应该是实现哪个方法的了。
因此，=后面的函数体我们就可以看成是accept函数的实现。

• 输入：->前面的部分，即被()包围的部分。此处只有一个输入参数，实际上输入是可以有多个的，如两个参数时写法：(a, b);当然也可以没有输入，此时直接就可以是()
• 函数体：->后面的部分，即被{}包围的部分；可以是一段代码。
• 输出：函数式编程可以没有返回值，也可以有返回值。如果有返回值时，需要代码段的最后一句通过return的方式返回对应的值
• 当函数体中只有一个语句时，可以去掉{}进一步简化：

Consumer c = (o) -> System.out.println(o);

然而这还不是最简的，由于此处只是进行打印，调用了System.out中的println静态方法对输入参数直接进行打印，因此可以简化成以下写法：

Consumer c = System.out::println;

它表示的意思就是针对输入的参数将其调用System.out中的静态方法println进行打印。
到这一步就可以感受到函数式编程的强大能力。
通过最后一段代码，我们可以简单的理解函数式编程，Consumer接口直接就可以当成一个函数了，这个函数接收一个输入参数，然后针对这个输入进行处理；当然其本质上仍旧是一个对象，但我们已经省去了诸如老方式中的对象定义过程，直接使用一段代码来给函数式接口对象赋值。
而且最为关键的是，这个函数式对象因为本质上仍旧是一个对象，因此可以做为其它方法的参数或者返回值，可以与原有的代码实现无缝集成！

Java预设函数式接口

下面对Java中的几个预先定义的函数式接口及其经常使用的类进行分析学习。在java.util.function包下提供了很多函数式接口，这里挑几个常用的进行讲解。

Consumer

Consumer是一个函数式编程接口； 顾名思义，Consumer的意思就是消费，即针对某个东西我们来使用它，因此它包含有一个有输入而无输出的accept接口方法；
除accept方法，它还包含有andThen这个方法；
其定义如下：

default Consumer andThen(Consumer<? super T> after) {
    Objects.requireNonNull(after);
    return (T t) -> { accept(t); after.accept(t); };
}

可见这个方法就是指定在调用当前Consumer后是否还要调用其它的Consumer；
使用示例：

public static void consumerTest() {
    Consumer f = System.out::println;
    Consumer f2 = n -> System.out.println(n + "-F2");

    //执行完F后再执行F2的Accept方法
    f.andThen(f2).accept("test");

    //连续执行F的Accept方法
    f.andThen(f).andThen(f).andThen(f).accept("test1");
}

Function

Function也是一个函数式编程接口；它代表的含义是“函数”，而函数经常是有输入输出的，因此它含有一个apply方法，包含一个输入与一个输出；
除apply方法外，它还有compose与andThen及indentity三个方法，其使用见下述示例；

/**
 * Function测试
 */
public static void functionTest() {
    Function f = s -> s++;
    Function g = s -> s * 2;

    /**
     * 下面表示在执行F时，先执行G，并且执行F时使用G的输出当作输入。
     * 相当于以下代码：
     * Integer a = g.apply(1);
     * System.out.println(f.apply(a));
     */
    System.out.println(f.compose(g).apply(1));

    /**
     * 表示执行F的Apply后使用其返回的值当作输入再执行G的Apply；
     * 相当于以下代码
     * Integer a = f.apply(1);
     * System.out.println(g.apply(a));
     */
    System.out.println(f.andThen(g).apply(1));

    /**
     * identity方法会返回一个不进行任何处理的Function，即输出与输入值相等； 
     */
    System.out.println(Function.identity().apply("a"));
}

Predicate

Predicate为函数式接口，predicate的中文意思是“断定”，即判断的意思，判断某个东西是否满足某种条件； 因此它包含test方法，根据输入值来做逻辑判断，其结果为True或者False。
它的使用方法示例如下：

/**
 * Predicate测试
 */
private static void predicateTest() {
    Predicate p = o -> o.equals("test");
    Predicate g = o -> o.startsWith("t");

    /**
     * negate: 用于对原来的Predicate做取反处理；
     * 如当调用p.test("test")为True时，调用p.negate().test("test")就会是False；
     */
    Assert.assertFalse(p.negate().test("test"));

    /**
     * and: 针对同一输入值，多个Predicate均返回True时返回True，否则返回False；
     */
    Assert.assertTrue(p.and(g).test("test"));

    /**
     * or: 针对同一输入值，多个Predicate只要有一个返回True则返回True，否则返回False
     */
    Assert.assertTrue(p.or(g).test("ta"));
}

Stream

Stream可以对多个元素进行一系列的操作，也可以支持对某些操作进行并发处理。Java8中对集合、数组进行了stream的实现，方便开发人员通过stream对集合或数组进行数据操作。

Stream对象的创建

Stream对象的创建途径有以下几种

a. 创建空的Stream对象

Stream stream = Stream.empty();

b. 通过集合类中的stream或者parallelStream方法创建；

Stream stream = Arrays.stream(new String[]{"1", "2", "3"});
List list = Arrays.asList("a", "b", "c", "d");
Stream listStream = list.stream();                   //获取串行的Stream对象
Stream parallelListStream = list.parallelStream();   //获取并行的Stream对象  

c. 通过Stream中的of方法创建：

Stream s = Stream.of("test");
Stream s1 = Stream.of("a", "b", "c", "d");

d. 通过Stream中的iterate方法创建：
iterate方法有两个不同参数的方法：

public static Stream iterate(final T seed, final UnaryOperator f);  
public static Stream iterate(T seed, Predicate<? super T> hasNext, UnaryOperator next)

其中第一个方法将会返回一个无限有序值的Stream对象：它的第一个元素是seed，第二个元素是f.apply(seed); 第N个元素是f.apply(n-1个元素的值)；生成无限值的方法实际上与Stream的中间方法类似，在遇到中止方法前一般是不真正的执行的。因此无限值的这个方法一般与limit等方法一起使用，来获取前多少个元素。
当然获取前多少个元素也可以使用第二个方法。
第二个方法与第一个方法生成元素的方式类似，不同的是它返回的是一个有限值的Stream；中止条件是由hasNext来断定的。

第二种方法的使用示例如下：

/**
 * 本示例表示从1开始组装一个序列，第一个是1，第二个是1+1即2，第三个是2+1即3..，直接10时中止；
 * 也可简化成以下形式：
 *        Stream.iterate(1,
 *        n -> n <= 10,
 *        n -> n+1).forEach(System.out::println);
 * 写成以下方式是为简化理解
 */
Stream.iterate(1,
        new Predicate() {
            @Override
            public boolean test(Integer integer) {
                return integer <= 10;
            }
        },
    new UnaryOperator() {
        @Override
        public Integer apply(Integer integer) {
            return integer+1;
        }
}).forEach(System.out::println);

e. 通过Stream中的generate方法创建
与iterate中创建无限元素的Stream类似，不过它的每个元素与前一元素无关，且生成的是一个无序的队列。也就是说每一个元素都可以随机生成。因此一般用来创建常量的Stream以及随机的Stream等。
示例如下：

/**
 * 随机生成10个Double元素的Stream并将其打印
 */
Stream.generate(new Supplier() {
    @Override
    public Double get() {
        return Math.random();
    }
}).limit(10).forEach(System.out::println);

//上述写法可以简化成以下写法：
Stream.generate(() -> Math.random()).limit(10).forEach(System.out::println);

Stream对象的使用

Stream对象提供多个非常有用的方法，这些方法可以分成两类：
中间操作：将原始的Stream转换成另外一个Stream；如filter返回的是过滤后的Stream。
终端操作：产生的是一个结果或者其它的复合操作；如count或者forEach操作。

下面就几个比较常用的方法举例说明其用法：

filter

用于对Stream中的元素进行过滤，返回一个过滤后的Stream
其方法定义如下

Stream filter(Predicate<? super T> predicate);

使用示例：

Stream s = Stream.of("test", "t1", "t2", "teeeee", "aaaa");
//查找所有包含t的元素并进行打印
s.filter(n -> n.contains("t")).forEach(System.out::println);

map

元素一对一转换。
它接收一个Funcation参数，用其对Stream中的所有元素进行处理，返回的Stream对象中的元素为Function对原元素处理后的结果
其方法定义如下：

 Stream map(Function<? super T, ? extends R> mapper);

示例，假设我们要将一个String类型的Stream对象中的每个元素添加相同的后缀.txt，如a变成a.txt，其写法如下：

Stream s = Stream.of("test", "t1", "t2", "teeeee", "aaaa");
s.map(n -> n.concat(".txt")).forEach(System.out::println);

flatMap

元素一对多转换：对原Stream中的所有元素使用传入的Function进行处理，每个元素经过处理后生成一个多个元素的Stream对象，然后将返回的所有Stream对象中的所有元素组合成一个统一的Stream并返回；
方法定义如下：

 Stream flatMap(Function<? super T, ? extends Stream<? extends R>> mapper);

示例，假设要对一个String类型的Stream进行处理，将每一个元素的拆分成单个字母，并打印：

Stream s = Stream.of("test", "t1", "t2", "teeeee", "aaaa");
s.flatMap(n -> Stream.of(n.split(""))).forEach(System.out::println);