函数式接口

1. 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，也称为SAM(Single Abstract Method interfaces)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。

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。

1.1 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 MyFun{
    void MyMethod();
}

1.2 @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 MyFun{
    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定有且仅有一个抽象方法，否则将会报错。

1.3 自定义函数式接口

对于刚刚定义好的MyFun函数式接口，典型使用场景就是作为方法的参数：

public class DemoFunInterface {
    public static void main(String[] args) {
        // 使用lambda调用函数式接口中的方法
        doSomething(()-> System.out.println("Lambda执行了！"));
    }
    // 使用自定义的函数式接口作为方法参数
    private static void doSomething(MyFun inter){
        inter.MyMethod(); // 调用自定义的函数式接口方法
    }
}

2. 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，打开了函数式编程的大门。

// 函数式接口的使用：一般可以作为方法的参数和返回值类型
public class Demo {
    // 定义一个方法，参数使用函数式接口MyFun
    public static void show(MyFun myFun){
        myFun.MyMethod();
    }
    public static void main(String[] args) {
        // 调用show方法，方法的参数是一个接口，所以可以传递接口的实现类对象
        show(new MyFunImpl());
        // 调用show方法，方法的参数是一个接口,所以我们可以传递接口的匿名内部类
        show(new MyFun() {
            @Override
            public void MyMethod() {
                System.out.println("使用匿名内部类重写接口中的抽象方法");
            }
        });
        // 调用show方法，方法的参数是一个函数式接口,所以我们可以传递lambda表达式
        show(()-> System.out.println("使用Lambda表达式重写接口中的抽象方法"));
    }
}
// result:
/*
使用实现类重写MyFun接口抽象方法
使用匿名内部类重写接口中的抽象方法
使用Lambda表达式重写接口中的抽象方法
*/

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

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，在满足条件情况下进行打印输出：

public class Demo02Logger {
    public static void main(String[] args) {
        // 定义三个日志信息
        String msg1 = "hello";
        String msg2 = "world";
        String msg3 = "java";
        // 调用方法，传递日志级别和日志信息
        log(1,msg1+msg2+msg3);
    }
    // 定义一个根据日志的级别，显示日志信息的方法
    private static void log(int level, String msg){
        // 对日志等级进行判断，如果是1级别，那么输出日志信息
        if (level == 1){
            System.out.println(msg);
        }
    }
}

上述代码仍存在问题：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。如级别不符合要求，那么字符串拼接操作就白做了，浪费性能。

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。

Lambda优化写法

使用Lambda必然需要一个函数式接口：

@FunctionalInterface
public interface MessageInter {
    String Message();
}

对log方法进行改造：

public class DemoLogLambda {
    public static void main(String[] args) {
        String msg1 = "hello";
        String msg2 = "world";
        String msg3 = "java";
        log(1,() -> msg1 + msg2 + msg3);
    }
    private static void log(int level,MessageInter msg){
        if (level == 1){
            System.out.println(msg.Message()); // 只有当条件满足时，才会去调用字符串拼接方法，不满足不会拼接
        }
    }
}

如此，只有当级别满足要求时，才会进行三个字符串拼接，不会造成性能浪费。

证明Lambda的延迟

public class DemoLoggerDelay {
    private static void log(int level,MessageInter msg){
        if (level == 1){
            System.out.println(msg.Message());
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        String msg1 = "hello";
        String msg2 = "world";
        String msg3 = "java";
        log(2,() ->{
            System.out.println("满足条件Lambda执行！");
            return msg1 + msg2 + msg3;
        });
    }
}

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。

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

抛开实现原理不说，Java中的Lambda表达式可以被看做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。

// 使用lambda作为方法参数
public class DemoRunnable {
    public static void main(String[] args) {
        // 调用方法，参数是接口，我们可以传递匿名内部类，实现类接口lambda等。
        startThread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->" + "线程启动了");
            }
        });
        // 调用方法，参数是一个函数式接口，我们可以传递lambda
        startThread(() -> System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->" + "线程启动了"));
    }
    // 定义一个方法，方法参数使用函数式接口Runnable
    public static void startThread(Runnable run){
        // 开启多线程
        new Thread(run).start();
    }
}

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，就可以调用该方法获取。

// 使用Lambda作为返回值类型
public class DemoComparator {
    // 定义一个方法，方法返回值类型使用函数式接口Comparator
    public static Comparator<String> getComparator(){
        // 方法的返回值类型是一个接口，那么我们可以返回这个接口的匿名内部类
//        return new Comparator<String>() {
//            @Override
//            public int compare(String o1, String o2) {
//                return o2.length() - o1.length();
//            }
//        };
        // 方法的返回值类型是一个函数式接口，所以我们可以返回一个Lambda表达式
        return (String o1,String o2) -> o2.length() - o1.length();
    }
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个字符串数组
        String[] arr = {"aaa","b","cccc","dddddd"};
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
        // 调用Arrays中的sort方法，对字符串数组进行排序
        Arrays.sort(arr,getComparator());
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
    }
}

3. 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。

3.1 Supplier接口

java.util.funtion.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，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 DemoSupplier {
    // 定义一个方法，方法的参数传递Supplier<T>接口，泛型执行get方法就会返回一个String
    public static String getString(Supplier<String> sup){
        return sup.get();
    }
    public static void main(String[] args) {
        // 调用getString方法，方法的参数Supplier是一个函数式接口，所以可以传递Lambda表达式
        String s = getString(() -> "你好呀");
        System.out.println(s);
    }
}
// Supplier<T>接口被称之为生成型接口，指定接口的泛型是什么类型，那么接口中的get方法就会生产什么类型数据

3.2 练习：求数组元素最大值

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。

代码实现

public class DemoMaxArray {
    // 定义一个方法，用于获取int类型数组中元素的最大值，方法的参数传递Supplier接口，泛型使用Integer
    public static int getMax(Supplier<Integer> sup){
        return sup.get();
    }
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {99,35,72,956,12,-3};
        int maxValue = getMax(()->{
            int max = arr[0];
            for (int i : arr) {
                if (i>max)
                    max = i;
            }
            return max;
        });
        System.out.println("数组中最大值元素为：" + maxValue);
    }
}

3.3 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。

public class DemoConsumer {
    /*
        定义一个方法
        方法的参数传递一个字符串的姓名
        方法的参数传递Consumer接口，泛型使用String
        可以使用Consumer接口消费字符串的姓名
     */
    public static void method(String name,Consumer<String> con){
        con.accept(name);
    }
    public static void main(String[] args) {
        // 调用method方法，传递字符串姓名，方法的另一个参数是Consumer接口，是一个函数式接口，可以使用Lambda表达式
        method("上海",(String name)->{
            // 对传递的字符串进行消费
            // 消费方式：直接输出字符串
            System.out.println(name);
            // 消费方式：对字符串进行反转输出
            String reName = new StringBuffer(name).reverse().toString();
            System.out.println(reName);
        });
    }
}
// result:
上海
海上

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，先做一个操作，然后在做另一个操作，实现组合。而这个方法就是Consumer接口中的default方法andThen。

/*
    Consumer接口的默认方法andThen
    作用：需要两个Consumer接口，可以把两个Consumer接口组合到一起，在对数据进行消费

    例如：
      Consumer<String> con1
      Consumer<String> con2
      String s= "hello";
      con1.accept(s);
      con2.accept(s);
      连接两个Consumer接口，再进行消费
      con1.andThen(con2).accept(s); 谁写前面谁先消费
 */
public class DemoAndThen {
    private static void consumerString(String s,Consumer<String> one,Consumer<String> two){
//        one.accept(s);
//        two.accept(s);
        // 使用andThen方法，把两个Consumer接口连接到一起消费数据,等效于上面
        one.andThen(two).accept(s);
    }
    public static void main(String[] args) {
        // 因为有两个Consumer接口，所以要传递两个Lambda进去
        consumerString("Hello",
                s -> System.out.println(s.toUpperCase()),
                s -> System.out.println(s.toLowerCase()));
    }
}

3.4 练习：格式化打印信息

将下面字符串数组中的信息，按照格式姓名：xxx，性别：x。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。

// 字符串数组
String[] arr = { "迪丽热巴,女", "古力娜扎,女", "马尔扎哈,男"};

代码实现

public class ConsumerExercise {
    public static void main(String[] args) {
        String[] arr = { "迪丽热巴,女", "古力娜扎,女", "马尔扎哈,男"};
        printInfo(arr,s -> System.out.print("姓名："+s.split(",")[0]), // 消费方式：对info进行切割，读取姓名，按照指定格式输出
                  s -> System.out.println(",性别："+s.split(",")[1]+"。")); // 对info进行切割，读取年龄，按照指定格式输出
    }
    private static void printInfo(String[] arr, Consumer<String> one, Consumer<String> two){
        for (String info:arr)
            one.andThen(two).accept(info);
    }
}
/* result：
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。
 */

3.5 Predicate接口

有时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)。用于条件判断场景：

public class DemoPredicate {
    public static boolean checkString(String s,Predicate<String> pre){
       return pre.test(s);
    }
    public static void main(String[] args) {
        String s = "helloworld";
        boolean b = checkString(s, str -> str.length() > 5);// 对参数传递的字符串进行判断，判断字符串长度是否大于5，并把判断的结果返回
        System.out.println(b);
    }
}

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。

​ 如果要判断一个字符串既包含大写”H”，又要包含大写”W”，示例代码如下：

public class DemoPredicateAnd {
    public static void method(String s, Predicate<String> one, Predicate<String> two){
        boolean isValid = one.and(two).test(s);
        System.out.println("字符串符合要求吗：" + isValid);
    }
    /*
        contains(String str)
            当且仅当该字符串包含str时，返回true，反之返回false
     */
    public static void main(String[] args) {
        method("Helloworld",s->s.contains("H"),s->s.contains("W"));
    }
}
// result:false

默认方法：or

与and类似的，默认方法or实现逻辑关系中的”或“。

如果希望实现逻辑”字符串包含大写H或者大写W”，那么只需要将上个例子代码and修改为or即可实现。

public class DemoPredicateAnd {
    public static void method(String s, Predicate<String> one, Predicate<String> two){
        // 只需修改and-->or即可
        boolean isValid = one.or(two).test(s);
        System.out.println("字符串符合要求吗：" + isValid);
    }
    public static void main(String[] args) {
        method("Helloworld",s->s.contains("H"),s->s.contains("W"));
    }
}

默认方法：negate

“非”(取反)。源码中只是对结果boolean值进行”!”取反而已。调用方法跟and和or一样。

public class DemoPredicateNegate {
    public static void method(Predicate<String> pre){
        boolean isLong = pre.negate().test("helloworld");
        System.out.println("字符串很长吗："+isLong);
    }
    public static void main(String[] args) {
        method(s->s.length()<5); // true
    }
}

3.6 练习：集合信息筛选

数组当中有多条”姓名+性别”格式的信息，通过Predicate接口的方法将符合要求的字符串筛选到集合ArrayList中，需同时满足以下两个条件：

1. 必须为女生
 2. 姓名必须是4个字

//数组
String[] array = { "迪丽热巴,女", "古力娜扎,女", "马尔扎哈,男", "赵丽颖,女" };

代码实现：

public class ExercisePredicate {
    public static boolean FilterArray(String s, Predicate<String> one,Predicate<String> two){
        return one.and(two).test(s);
    }
    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" };
        ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<>();
        for (String s:array){
            boolean b = FilterArray(s, str -> str.split(",")[0].length() == 4, str -> str.contains("女"));
            if (b==true)
                arrayList.add(s);
        }
        System.out.println(arrayList);
    }
}

3.7 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。

public class DemoFunctionApply {
    /*
        定义一个方法
        方法的参数传递 一个字符串类型的整数
        方法的参数传递以Function接口，泛型使用<String,Integer>
        使用Function接口中的方法apply，把字符串类型的整数，转换为Integer类型的整数
     */
    public static void change(String s, Function<String,Integer> fun){
        int in = fun.apply(s); // 自动拆箱，Integer->int
        System.out.println(in);
    }
    public static void main(String[] args) {
        change("10",str->Integer.parseInt(str));
    }
}

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

/*
    分析：
        转换了两次
        第一次是把String类型转换为了Integer类型
            所以我们可以使用Function<String,Integer> fun1
                Integer i = fun1.apply("123")+10;
        第二次是把Integer类型转换为String类型
            所以我们可以使用Function<Integer,String> fun2
                String s = fun2.apply(i);
        我们可以使用andThen方法，把两次转换组合在一起使用
            String s = fun1.andThen(fun2).apply("123");
            fun1先调用apply方法，把字符串转换为Integer
            fun2再调用apply方法，把Integer转换为字符串
*/
public class DemoFunctionAndThen {
    public static void MySwitch(String s, Function<String,Integer> fun1,Function<Integer,String> fun2){
        String str = fun1.andThen(fun2).apply(s);
        System.out.println(str); // 133
    }
    public static void main(String[] args) {
        String s = "123";
        MySwitch(s,str->Integer.parseInt(str)+10,i->i+"");// 字符串转换为整数并+10，然后再转换回字符串
    }
}

3.8 练习：自定义函数模型拼接

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如下：

1. 将字符串截取数字年龄部分，得到字符串
 2. 将年龄字符串转换为int类型的数字
 3. 将int数字累加100，得到结果int数字

代码实现

public class ExerciseFunction {
    public static int change(String s, Function<String,String> one,Function<String,Integer> two,Function<Integer,Integer> three){
        return one.andThen(two).andThen(three).apply(s);
    }
    public static void main(String[] args) {
        String str = "赵丽颖,20";
        int n = change(str, s -> s.split(",")[1], s -> Integer.parseInt(s), i -> i += 100);
        System.out.println(n); // 120
    }
}

今日目标

• 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