@changedi
2017-01-06T19:32:24.000000Z
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Java
目前由于系统已经全面切换为JDK8,所以有必要系统的了解一下Java8的一些新特性,以便后续在日常工作中可以使用一些高级特性来提高编程效率。
因为Java8引入了函数式接口,在java.util.function包含了几大类函数式接口声明。这里第一篇主要研究一下Function相关的接口。
Java8的新引入,包含函数式的设计,接口都有@FunctionalInterface
的注解。就像这个注解的注释说明一样,它注解在接口层面,且注解的接口要有且仅有一个抽象方法。具体就是说,注解在Inteface上,且interface里只能有一个抽象方法,可以有default方法。因为从语义上来讲,一个函数式接口需要通过一个逻辑上的方法表达一个单一函数。那理解这个单一就很重要了,单一不是说限制你一个interface里只有一个抽象方法,单是多个方法的其他方法需要是继承自Object的public方法,或者你要想绕过,就自己实现default。函数式接口自己本身一定是只有一个抽象方法。同时,如果是Object类的public方法,也是不允许的。官方的说明翻译如下:
如果一个接口I,I有一组抽象方法集合M,且这些方法都不是Object类的public签名方法,那么如果存在一个M中的方法m,满足:
- m的签名是所有M中方法签名的子签名。
- m对于M中的每个方法都是返回类型可替换的。
此时,接口I是一个函数式接口。
怎么理解,看几个例子。
比如:你声明一个接口:
@FunctionalInterface
public interface Func {
}
这会编译错,编译器会告诉你no target method。而如果加一个方法:
@FunctionalInterface
public interface Func {
void run();
}
这就OK了,一个函数式接口声明好了。再加一个呢?
@FunctionalInterface
public interface Func {
void run();
void foo();
}
不ok,明确说了只有一个抽象方法嘛。但是如果换一种函数签名:
@FunctionalInterface
public interface Func {
boolean equals(Object obj);
}
错误依旧,因为这个方法签名是Object类的public方法。而再改一下:
@FunctionalInterface
public interface Func {
boolean equals(Object obj);
void run();
}
这就OK了。一个抽象方法,一个Object的public方法,相安无事。Object还有其他方法,clone方法试试会怎么样?
@FunctionalInterface
public interface Func {
Object clone();
void run();
}
这又不行了,因为前面明确说了,要是Object的public方法,而clone是protected的。
所以总结一句话就是:
函数式接口,有且仅有一个抽象方法,Object的public方法除外。
因为Java本身支持多接口实现,你定义一个Class可以implements多个interface。所以这个限制也没什么影响,如果想约定一个函数式接口来统一,也可以做一些默认的实现来达到一个接口多个抽象方法的目的,比如下面这种做法:
一个普通接口NonFunc:
public interface NonFunc {
void foo();
void voo();
}
函数式接口Func:
@FunctionalInterface
public interface Func extends NonFunc {
void run();
default void foo() {
// do something
}
default void voo() {
// do something
}
}
实现的测试类:
public class TestJ8FunctionalInterface implements Func {
public static void main(String[] args) {
Func func = new TestJ8FunctionalInterface();
func.run();
func.foo();
func.voo();
}
@Override
public void run() {
System.out.println("run");
}
@Override
public void foo() {
System.out.println("foo");
}
@Override
public void voo() {
System.out.println("voo");
}
}
函数式接口的一大特性就是可以被lambda表达式和函数引用表达式代替。也就是说声明这样的接口,是可以灵活的以方法来传参。看个例子:
public class TestJ8FunctionalInterface2 {
public static void main(String[] args) {
TestJ8FunctionalInterface2 testJ8FunctionalInterface2 = new TestJ8FunctionalInterface2();
// lambda
testJ8FunctionalInterface2.test(10, () -> System.out.println("A customed Func."));
// method reference
testJ8FunctionalInterface2.test(100, testJ8FunctionalInterface2::customedFunc);
}
public void customedFunc() {
System.out.println("A customed method reference.");
}
public void test(int x, Func func) {
System.out.println(x);
func.run();
}
}
上面例子列举了一个lambda模式和一个方法引用模式,这样就可以利用函数式编程强大的能力,将方法作为参数了。
另一个大的话题是针对上文的逻辑上的方法。所谓逻辑上,就是说当你出现函数式接口多重继承其他接口时,如果继承的多个接口有相同的方法签名,那么也是OK的。而这种相同签名的方法,也包括了泛型的情况,以下的声明中的Z接口,都是函数式接口。
interface X { int m(Iterable<String> arg); }
interface Y { int m(Iterable<String> arg); }
interface Z extends X, Y {}
interface X { int m(Iterable<String> arg); }
interface Y { int m(Iterable<String> arg); }
interface Z extends X, Y {}
但是要注意的是,这种泛型的支持,是因为函数式接口的官方声明规范里要求类型可替换和子签名,不是因为泛型擦除。
比如下面的例子就不是函数式接口:
interface X { int m(Iterable<String> arg); }
interface Y { int m(Iterable<Integer> arg); }
interface Z extends X, Y {}
interface X { int m(Iterable<String> arg, Class c); }
interface Y { int m(Iterable arg, Class<?> c); }
interface Z extends X, Y {}
interface X<T> { void m(T arg); }
interface Y<T> { void m(T arg); }
interface Z<A, B> extends X<A>, Y<B> {}
最后,Java8里关于函数式接口的包是java.util.function
,里面全部是函数式接口。主要包含几大类:Function、Predicate、Supplier、Consumer和*Operator(没有Operator接口,只有类似BinaryOperator这样的接口)。后面依次展开详细说明一下。
关于Function接口,其接口声明是一个函数式接口,其抽象表达函数为
@FunctionalInterface
public interface Function<T, R> {
R apply(T t);
...
}
函数意为将参数T传递给一个函数,返回R。即
其默认实现了3个default方法,分别是compose、andThen和identity,对应的函数表达为:compose对应,体现嵌套关系;andThen对应,转换了嵌套的顺序;还有identity对应了一个传递自身的函数调用对应。从这里看出来,compose和andThen对于两个函数f和g来说,f.compose(g)
等价于g.andThen(f)
。看个例子:
public class TestFunction {
public static void main(String[] args) {
Function<Integer, Integer> incr1 = x -> x + 1;
Function<Integer, Integer> multiply = x -> x * 2;
int x = 2;
System.out.println("f(x)=x+1,when x=" + x + ", f(x)=" + incr1.apply(x));
System.out.println("f(x)=x+1,g(x)=2x, when x=" + x + ", f(g(x))=" + incr1.compose(multiply).apply(x));
System.out.println("f(x)=x+1,g(x)=2x, when x=" + x + ", g(f(x))=" + incr1.andThen(multiply).apply(x));
System.out.println("compose vs andThen:f(g(x))=" + incr1.compose(multiply).apply(x) + "," + multiply.andThen(incr1).apply(x));
}
}
只是普通的lambda表达式,其能力有限。我们会希望引入更强大的函数能力——高阶函数,可以定义任意同类计算的函数。
Function<Integer, Function<Integer, Integer>> makeAdder = z -> y -> z + y;
比如这个函数定义,参数是z,返回值是一个Function,这个Function本身又接受另一个参数y,返回z+y。于是我们可以根据这个函数,定义任意加法函数:
//high order function
Function<Integer, Function<Integer, Integer>> makeAdder = z -> y -> z + y;
x = 2;
//define add1
Function<Integer, Integer> add1 = makeAdder.apply(1);
System.out.println("f(x)=x+1,when x=" + x + ", f(x)=" + add1.apply(x));
//define add5
Function<Integer, Integer> add5 = makeAdder.apply(5);
System.out.println("f(x)=x+5,when x=" + x + ", f(x)=" + add5.apply(x));
由于高阶函数接受一个函数作为参数,结果返回另一个函数,所以是典型的函数到函数的映射。
BiFunction提供了二元函数的一个接口声明,举例来说:
//binary function
BiFunction<Integer, Integer, Integer> multiply = (a, b) -> a * b;
System.out.println("f(z)=x*y, when x=3,y=5, then f(z)=" + multiply.apply(3, 5));
其输出结果将是:f(z)=x*y, when x=3,y=5, then f(z)=15
。
二元函数没有compose能力,只是默认实现了andThen。
有了一元和二元函数,那么可以通过组合扩展出更多的函数可能。
Function接口相关的接口包括:
- BiFunction :R apply(T t, U u);
接受两个参数,返回一个值,代表一个二元函数;
- DoubleFunction :R apply(double value);
只处理double类型的一元函数;
- IntFunction :R apply(int value);
只处理int参数的一元函数;
- LongFunction :R apply(long value);
只处理long参数的一元函数;
- ToDoubleFunction:double applyAsDouble(T value);
返回double的一元函数;
- ToDoubleBiFunction:double applyAsDouble(T t, U u);
返回double的二元函数;
- ToIntFunction:int applyAsInt(T value);
返回int的一元函数;
- ToIntBiFunction:int applyAsInt(T t, U u);
返回int的二元函数;
- ToLongFunction:long applyAsLong(T value);
返回long的一元函数;
- ToLongBiFunction:long applyAsLong(T t, U u);
返回long的二元函数;
- DoubleToIntFunction:int applyAsInt(double value);
接受double返回int的一元函数;
- DoubleToLongFunction:long applyAsLong(double value);
接受double返回long的一元函数;
- IntToDoubleFunction:double applyAsDouble(int value);
接受int返回double的一元函数;
- IntToLongFunction:long applyAsLong(int value);
接受int返回long的一元函数;
- LongToDoubleFunction:double applyAsDouble(long value);
接受long返回double的一元函数;
- LongToIntFunction:int applyAsInt(long value);
接受long返回int的一元函数;
Operator其实就是Function,函数有时候也叫作算子。算子在Java8中接口描述更像是函数的补充,和上面的很多类型映射型函数类似。
算子Operator包括:UnaryOperator和BinaryOperator。分别对应单元算子和二元算子。
算子的接口声明如下:
@FunctionalInterface
public interface UnaryOperator<T> extends Function<T, T> {
static <T> UnaryOperator<T> identity() {
return t -> t;
}
二元算子的声明:
@FunctionalInterface
public interface BinaryOperator<T> extends BiFunction<T,T,T> {
/**
* Returns a {@link BinaryOperator} which returns the lesser of two elements
* according to the specified {@code Comparator}.
*
* @param <T> the type of the input arguments of the comparator
* @param comparator a {@code Comparator} for comparing the two values
* @return a {@code BinaryOperator} which returns the lesser of its operands,
* according to the supplied {@code Comparator}
* @throws NullPointerException if the argument is null
*/
public static <T> BinaryOperator<T> minBy(Comparator<? super T> comparator) {
Objects.requireNonNull(comparator);
return (a, b) -> comparator.compare(a, b) <= 0 ? a : b;
}
/**
* Returns a {@link BinaryOperator} which returns the greater of two elements
* according to the specified {@code Comparator}.
*
* @param <T> the type of the input arguments of the comparator
* @param comparator a {@code Comparator} for comparing the two values
* @return a {@code BinaryOperator} which returns the greater of its operands,
* according to the supplied {@code Comparator}
* @throws NullPointerException if the argument is null
*/
public static <T> BinaryOperator<T> maxBy(Comparator<? super T> comparator) {
Objects.requireNonNull(comparator);
return (a, b) -> comparator.compare(a, b) >= 0 ? a : b;
}
}
很明显,算子就是一个针对同类型输入输出的一个映射。在此接口下,只需声明一个泛型参数T即可。对应上面的例子:
public class TestOperator {
public static void main(String[] args) {
UnaryOperator<Integer> add = x -> x + 1;
System.out.println(add.apply(1));
BinaryOperator<Integer> addxy = (x, y) -> x + y;
System.out.println(addxy.apply(3, 5));
BinaryOperator<Integer> min = BinaryOperator.minBy((o1, o2) -> o1 - o2);
System.out.println(min.apply(100, 200));
BinaryOperator<Integer> max = BinaryOperator.maxBy((o1, o2) -> o1 - o2);
System.out.println(max.apply(100, 200));
}
}
例子里补充一点的是,BinaryOperator提供了两个默认的static快捷实现,帮助实现二元函数min(x,y)和max(x,y),使用时注意的是排序器可别传反了:)
其他的Operator接口:(不解释了)
- LongUnaryOperator:long applyAsLong(long operand);
- IntUnaryOperator:int applyAsInt(int operand);
- DoubleUnaryOperator:double applyAsDouble(double operand);
- DoubleBinaryOperator:double applyAsDouble(double left, double right);
- IntBinaryOperator:int applyAsInt(int left, int right);
- LongBinaryOperator:long applyAsLong(long left, long right);
predicate是一个谓词函数,主要作为一个谓词演算推导真假值存在,其意义在于帮助开发一些返回bool值的Function。本质上也是一个单元函数接口,其抽象方法test接受一个泛型参数T,返回一个boolean值。等价于一个Function的boolean型返回值的子集。
@FunctionalInterface
public interface Predicate<T> {
boolean test(T t);
...
}
其默认方法也封装了and、or和negate逻辑。写个小例子看看:
public class TestJ8Predicate {
public static void main(String[] args) {
TestJ8Predicate testJ8Predicate = new TestJ8Predicate();
testJ8Predicate.printBigValue(10, val -> val > 5);
testJ8Predicate.printBigValueAnd(10, val -> val > 5);
testJ8Predicate.printBigValueAnd(6, val -> val > 5);
//binary predicate
BiPredicate<Integer, Long> biPredicate = (x, y) -> x > 9 && y < 100;
System.out.println(biPredicate.test(100, 50L));
}
public void printBigValue(int value, Predicate<Integer> predicate) {
if (predicate.test(value)) {
System.out.println(value);
}
}
public void printBigValueAnd(int value, Predicate<Integer> predicate) {
if (predicate.and(v -> v < 8).test(value)) {
System.out.println("value < 8 : " + value);
} else {
System.out.println("value should < 8 at least.");
}
}
}
Predicate在Stream中有应用,Stream的filter方法就是接受Predicate作为入参的。这个具体在后面使用Stream的时候再分析深入。
其他Predicate接口:
- BiPredicate:boolean test(T t, U u);
接受两个参数的二元谓词
- DoublePredicate:boolean test(double value);
入参为double的谓词函数
- IntPredicate:boolean test(int value);
入参为int的谓词函数
- LongPredicate:boolean test(long value);
入参为long的谓词函数
看名字就可以想到,这像谓词函数接口一样,也是一个Function接口的特殊表达——接受一个泛型参数,不需要返回值的函数接口。
@FunctionalInterface
public interface Consumer<T> {
void accept(T t);
...
}
这个接口声明太重要了,对于一些纯粹consume型的函数,没有Consumer的定义真无法被Function家族的函数接口表达。因为Function一定需要一个泛型参数作为返回值类型(当然不排除你使用Function来定义,但是一直返回一个无用的值)。比如下面的例子,如果没有Consumer,类似的行为使用Function表达就一定需要一个返回值。
public class TestJ8Consumer {
public static void main(String[] args) {
Consumer<Integer> consumer = System.out::println;
consumer.accept(100);
//use function, you always need one return value.
Function<Integer, Integer> function = x -> {
System.out.println(x);
return x;
};
function.apply(100);
}
}
其他Consumer接口:
- BiConsumer:void accept(T t, U u);
接受两个参数
- DoubleConsumer:void accept(double value);
接受一个double参数
- IntConsumer:void accept(int value);
接受一个int参数
- LongConsumer:void accept(long value);
接受一个long参数
- ObjDoubleConsumer:void accept(T t, double value);
接受一个泛型参数一个double参数
- ObjIntConsumer:void accept(T t, int value);
接受一个泛型参数一个int参数
- ObjLongConsumer:void accept(T t, long value);
接受一个泛型参数一个long参数
最后说的是一个叫做Supplier的函数接口,其声明如下:
@FunctionalInterface
public interface Supplier<T> {
T get();
}
其简洁的声明,会让人以为不是函数。这个抽象方法的声明,同Consumer相反,是一个只声明了返回值,不需要参数的函数(这还叫函数?)。也就是说Supplier其实表达的不是从一个参数空间到结果空间的映射能力,而是表达一种生成能力,因为我们常见的场景中不止是要consume(Consumer)或者是简单的map(Function),还包括了new这个动作。而Supplier就表达了这种能力。
比如你要是返回一个常量,那可以使用类似的做法:
Supplier<Integer> supplier = () -> 1;
System.out.println(supplier.get());
这保证supplier对象输出的一直是1。
如果是要利用构造函数的能力呢?就可以这样:
Supplier<TestJ8Supplier> anotherSupplier;
for (int i = 0; i < 10; i++) {
anotherSupplier = TestJ8Supplier::new;
System.out.println(anotherSupplier.get());
}
这样的输出可以看到,全部的对象都是new出来的。
这样的场景在Stream计算中会经常用到,具体在分析Java 8中Stream的时候再深入。
其他Supplier接口:
- BooleanSupplier:boolean getAsBoolean();
返回boolean
- DoubleSupplier:double getAsDouble();
返回double
- IntSupplier:int getAsInt();
返回int
- LongSupplier:long getAsLong();
返回long
整个函数式接口的大概总结如下:
名称 | 一元接口 | 说明 | 二元接口 | 说明 |
---|---|---|---|---|
一般函数 | Function | 一元函数,抽象apply方法 | BiFunction | 二元函数,抽象apply方法 |
算子函数(输入输出同类型) | UnaryOperator | 一元算子,抽象apply方法 | BinaryOperator | 二元算子,抽象apply方法 |
谓词函数(输出boolean) | Predicate | 一元谓词,抽象test方法 | BiPredicate | 二元谓词,抽象test方法 |
消费者(无返回值) | Consumer | 一元消费者函数,抽象accept方法 | BiConsumer | 二元消费者函数,抽象accept方法 |
供应者(无参数,只有返回值) | Supplier | 供应者函数,抽象get方法 | - | - |