Java函数式编程

1-Lambda表达式

1.1-什么是Lambda表达式？

可以将Lambda表达式理解为一个匿名函数； Lambda表达式允许将一个函数作为另外一个函数的参数； 我们可以把 Lambda 表达式理解为是一段可以传递的代码（将代码作为实参）,也可以理解为函数式编程，将一个函数作为参数进行传递。

1.2-为什么要引入Lambda表达式？

Lambda表达式能够让程序员的编程更加高效

让我们先来看一段代码：

public class TestLambda {
       public static void main(String[] args) {
       Thread thread = new Thread(new MyRunnable());
       thread.start();
       thread.close();
    }
}
class MyRunnable implements Runnable{
	    @Override
        public void run() {
            System.out.println("Hello");
        }
}

为了使这段代码变得更加简洁，可以使用匿名内部类重构一下（注意代码中的注释）

public class TestLambda {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new Runnable() {
        //这里的new Runnable()，这里new 了接口，在这个new的接口里面，我们写了这个接口的实现类。
        //这里可以看出，我们把一个重写的run()方法传入了一个构造函数中。
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("Hello");
            }
        }).start();
    }
}

上面的代码可以换成这样的，我们将new 的接口，赋值给线程的引用：

public class TestLambda {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("Hello");
            }
        });
        thread.start();
    }
}

而上面的这段代码，不是最简单的，还可以进一步简化

public class TestLambda {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> System.out.println("Hello")).start();
    }
}//这里new Thread(() -> System.out.println("Hello"));同样实现了将一段代码传入了构造方法中

1.3-Lambda表达式的语法

1. Java8 中引入了一个新的操作符 -> 该操作符称为箭头操作符或 Lambda 操作符，箭头操作符将 Lambda 表达式拆分成两部分：

   • 左侧：Lambda 表达式的参数列表（即接口抽象方法的参数列表）
   • 右侧：Lambda 表达式中所需执行的功能， 即 Lambda 体（即接口的实现）

2. Lambda 表达式需要“函数式接口”的支持

   • 函数式接口：接口中只有一个抽象方法的接口，称为函数式接口。可以使用注解 @FunctionalInterface 修饰，可以检查是否是函数式接口
   • 函数式接口可以有默认方法和静态方法。
   • 任何满足单一抽象方法法则的接口，都会被自动视为函数接口。这包括 Runnable 和 Callable 等传统接口，以及您自己构建的自定义接口。

   使用 “->”将参数和实现逻辑分离；( ) 中的部分是需要传入Lambda体中的参数；{ } 中部分，接收来自 ( ) 中的参数，完成一定的功能。

1.3.1-无参数，无返回值

public class TestLambda {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> System.out.println("Hello"));
    }
}//()中无参数，也不能省略；{}中只有一句话，建议省略。

1.3.2-有一个参数，并且无返回值

(x) -> System.out.println(x)

实例：

@Test
public void t2(){
    Consumer<String> con = (x) -> System.out.println(x);
    con.accept("Hello Lambda!");
}

// 如果只有一个参数的情况下小括号是可以省略的
@Test
public void t3(){
    Consumer<String> con = x -> System.out.println(x);
    con.accept("Hello Lambda!");
}

1.3.3-有两个以上的参数，有返回值，并且 Lambda 体中有多条语句

实例：

@Test
public void t4() {
    Comparator<Integer> com = (x, y) -> {
        System.out.println("函数式接口");
        return Integer.compare(x, y);
    };
}

若 Lambda 体中只有一条语句， return 和 大括号都可以省略不写

@Test
public void t5(){
    Comparator<Integer> com = (x, y) -> Integer.compare(x, y);
}

1.3.4-无参有返回值

public class TestLambda {
    public static void main(String[] args) {
        Random random = new Random();
        Stream<Integer> stream = Stream.generate(() ->random.nextInt(100));
        stream.forEach(t -> System.out.println(t));
    }//只有一个return，可以省略return；该方法将会不断的打印100以内的正整数。
}//Stream.generate()方法创建无限流，该方法要求传入一个无参有返回值的方法。

1.3.5-有参数，有返回值

按照学生的姓名对学生进行排序（使用Collator 文本校对器排序）

public class TestLambda {
    public static void main(String[] args) {
        Collator collator = Collator.getInstance();
        TreeSet<Student> set = new TreeSet<>((s1,s2) -> collator.compare(s1.getName(),s2.getName()));
        set.add(new Student(10,"张飞"));
        set.add(new Student(3,"周瑜"));
        set.add(new Student(1,"宋江"));
        set.forEach(student -> System.out.println(student));
    }
}//这里的Collator是一个抽象类，但是提供了获取该类实例的方法getInstance()
 
class Student{
    private int id;
    private String name;
    
    public Student(int id, String name) {
        this.id = id;
        this.name = name;
    }
 
    public int getId() {
        return id;
    }
 
    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }
 
    public String getName() {
        return name;
    }
 
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
 
    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "id=" + id +
                ", name='" + name + '\'' +
                '}';
    }
}

2-函数式接口

2.1-什么是函数式接口？

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，（可以有默认方法或者是静态方法和从Object继承来的方法，但是抽象方法有且只能有一个）Java中的Lambda才能顺利地进行推导。

JDK1.8之后，添加@FunctionalInterface表示这个接口是是一个函数式接口，因为有了@functionalInterface标记，也称这样的接口为Mark（标记）类型的接口。

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。

2.2-函数式接口格式

修饰符 interface 接口名称{
    public abstract 返回值 方法名称(参数列表)
    // 其他方式 
}
// public abstract 可以不写 编译器自动加上
修饰符 interface 接口名称{
       返回值 方法名称(参数列表)
    // 其他方式 
}

@FunctionalInterface // 标明为函数式接口
public abstract MyFunctionInterface{
    void mrthod(); //抽象方法
}

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。(该接口是一个标记接口)

2.3-函数式接口的作用

函数式接口能够接受匿名内部类的实例化对象，换句话说，我们可以使用匿名内部类来实例化函数式接口的对象，而Lambda表达式能够代替内部类实现代码的进一步简化，因此，Lambda表达式和函数式接口紧密的联系到了一起，接下来的这句话非常的重要：

每一个Lambda表达式能隐式的给函数式接口赋值

上文中提到的例子：

new Thread(() -> System.out.println("hello")).start();

编译器会认为Thread()中传入的是一个Runnable的对象，而我们利用IDEA的智能感知，鼠标指向“->”或“（）”的时候，会发现这是一个Runnable类型，实际上编译器会自动将Lambda表达式赋值给函数式接口，在本例中就是Runnable接口。本例中Lambda表达式将打印方法传递给了Runnable接口中的run()方法，从而形成真正的方法体。

参数与返回值是一一对应的，即如果函数式接口中的抽象方法是有返回值，有参数的，那么要求Lambda表达式也是有返回值，有参数的（余下类推）

2.4-调用自定义的函数式接口

public class Test_Functional {
    // 定义一个含有函数式接口的方法
    public static void doSomthing(MyFunctionalInterface functionalInterface) {
        functionalInterface.mehod();//调用自定义函数式接口的方法
    }
    public static void main(String[] args) {
        //调用函数式接口的方法
        doSomthing(()->System.out.println("excuter lambda!"));
    }
}

2.5-常用的四大函数式接口

有时候后，如果我们调用某一个方法，发现这个方法中需要传入的参数要求是一个函数式的接口，那么我们可以直接传入Lambda表达式。这些接口位于java.util.function包下，需要注意一下，java.util包和java.util.function包这两个包没有什么关系，切不可以为function包是java.util包下面的包。

1. 消费型接口：Consumer< T> void accept(T t)有参数，无返回值的抽象方法；

2. 供给型接口：Supplier < T> T get() 无参有返回值的抽象方法；

3. 断定型接口： Predicate< T> boolean test(T t):有参，但是返回值类型是固定的boolean

4. 函数型接口： Function< T，R> R apply(T t)有参有返回值的抽象方法；

除了这四个之外，在java.util.function包下还有很多函数式接口可供使用。

例子：如果薪资小于10000，涨工资到10000

public class TestLambda {
    public static void main(String[] args) {
        HashMap<String,Double> map = new HashMap<>();
        map.put("周瑜",9000.0);
        map.put("宋江",12000.0);
        map.put("张飞",8000.0);
 
        map.forEach((k,v) -> {
            if (v < 10000.0)
                map.put(k,10000.0);
        });//BiConsumer<T,U>，void apply(T t, U u)
        map.forEach((k,v) -> System.out.print(k + ":" + v + "\t\t"));
    }
}//结果打印：张飞:10000.0		周瑜:10000.0		宋江:12000.0	

3-方法引用

当Lambda表达式满足某种条件的时候，使用方法引用，可以再次简化代码

3.1-构造引用

当Lambda表达式是通过new一个对象来完成的，那么可以使用构造引用。

public class TestLambda {
    public static void main(String[] args) {
//        Supplier<Student> s = () -> new Student();
 
        Supplier<Student> s = Student::new;
    }//实际过程：将new Student()赋值给了Supplier这个函数式接口中的那个抽象方法
}

3.2-实例方法的引用

Lambda表达式的的Lambda体也是通过一个对象的方法完成，但是调用方法的对象是Lambda表达式的参数列表中的一个，剩下的参数正好是给这个方法的实参。

public class TestLambda {
    public static void main(String[] args) {
			//类名::实例方法
        TreeSet<String> set = new TreeSet<>(String::compareTo);
        set.add("Hello");
        set.add("isea_you");
       // set.forEach(t -> System.out.println(t));//Hello \n isea_you
        set.forEach(System.out::println);
        //（1）对象::实例方法,Lambda表达式的(形参列表)与实例方法的(实参列表)类型，个数是对应
    }
}

4-Stream流

4.1-Stream介绍

Stream 使用一种类似用 SQL 语句从数据库查询数据的直观方式来提供一种对 Java 集合运算和表达的高阶抽象。

Stream API可以极大提高Java程序员的生产力，让程序员写出高效率、干净、简洁的代码。

这种风格将要处理的元素集合看作一种流，流在管道中传输，并且可以在管道的节点上进行处理，比如筛选，排序，聚合等。

Stream有以下特性及优点：

• 无存储。Stream不是一种数据结构，它只是某种数据源的一个视图，数据源可以是一个数组，Java容器或I/O channel等。
• 为函数式编程而生。对Stream的任何修改都不会修改背后的数据源，比如对Stream执行过滤操作并不会删除被过滤的元素，而是会产生一个不包含被过滤元素的新Stream。
• 惰式执行。Stream上的操作并不会立即执行，只有等到用户真正需要结果的时候才会执行。
• 可消费性。Stream只能被“消费”一次，一旦遍历过就会失效，就像容器的迭代器那样，想要再次遍历必须重新生成。

对于流的处理，主要有三种关键性操作：分别是流的创建、中间操作（intermediate operation）以及最终操作(terminal operation)。

4.2-Stream的创建

在Java 8中，可以有多种方法来创建流。

1、通过已有的集合来创建流

在Java 8中，除了增加了很多Stream相关的类以外，还对集合类自身做了增强，在其中增加了stream方法，可以将一个集合类转换成流。

List<String> strings = Arrays.asList("Hollis", "HollisChuang", "hollis", "Hello", "HelloWorld", "Hollis");
Stream<String> stream = strings.stream();

以上，通过一个已有的List创建一个流。除此以外，还有一个parallelStream方法，可以为集合创建一个并行流。

这种通过集合创建出一个Stream的方式也是比较常用的一种方式。

2、通过Stream创建流

可以使用Stream类提供的方法，直接返回一个由指定元素组成的流。

Stream<String> stream = Stream.of("Hollis", "HollisChuang", "hollis", "Hello", "HelloWorld", "Hollis");

如以上代码，直接通过of方法，创建并返回一个Stream。

4.3-Stream的中间操作

Stream有很多中间操作，多个中间操作可以连接起来形成一个流水线，每一个中间操作就像流水线上的一个工人，每人工人都可以对流进行加工，加工后得到的结果还是一个流。

在Stream API中，流的操作有两种：Intermediate和Terminal

Intermediate：一个流可以后面跟随零个或多个 intermediate 操作。其目的主要是打开流，做出某种程度的数据映射/过滤，然后返回一个新的流，交给下一个操作使用。这类操作都是惰性化的（lazy），就是说，仅仅调用到这类方法，并没有真正开始流的遍历。
Terminal：一个流只能有一个 terminal 操作，当这个操作执行后，流就被使用“光”了，无法再被操作。所以这必定是流的最后一个操作。Terminal 操作的执行，才会真正开始流的遍历，并且会生成一个结果，或者一个 side effect。

除此以外，还有一种叫做short-circuiting的操作

对于一个 intermediate 操作，如果它接受的是一个无限大（infinite/unbounded）的 Stream，但返回一个有限的新 Stream。
对于一个 terminal 操作，如果它接受的是一个无限大的 Stream，但能在有限的时间计算出结果。

常见的流操作可以如下归类：

• Intermediate

map (mapToInt, flatMap 等)、 filter、 distinct、 sorted、 peek、 limit、 skip、 parallel、 sequential、 unordered

• Terminal

forEach、 forEachOrdered、 toArray、 reduce、 collect、 min、 max、 count、 anyMatch、 allMatch、 noneMatch、 findFirst、 findAny、 iterator

• Short-circuiting

anyMatch、 allMatch、 noneMatch、 findFirst、 findAny、 limit

4.3.1-filter

filter 方法用于通过设置的条件过滤出元素。以下代码片段使用 filter 方法过滤掉空字符串：

List<String> strings = Arrays.asList("Hollis", "", "HollisChuang", "H", "hollis");
strings.stream().filter(string -> !string.isEmpty()).forEach(System.out::println);
//Hollis, , HollisChuang, H, hollis

4.3.2-map

map 方法用于映射每个元素到对应的结果，以下代码片段使用 map 输出了元素对应的平方数：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 2, 2, 3, 7, 3, 5);
numbers.stream().map( i -> i*i).forEach(System.out::println);
//9,4,4,9,49,9,25

4.3.3-limit/skip

limit 返回 Stream 的前面 n 个元素；skip 则是扔掉前 n 个元素。以下代码片段使用 limit 方法保理4个元素：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 2, 2, 3, 7, 3, 5);
numbers.stream().limit(4).forEach(System.out::println);
//3,2,2,3

4.3.4-sorted

sorted 方法用于对流进行排序。以下代码片段使用 sorted 方法进行排序：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 2, 2, 3, 7, 3, 5);
numbers.stream().sorted().forEach(System.out::println);
//2,2,3,3,3,5,7

4.3.5-distinct

distinct主要用来去重，以下代码片段使用 distinct 对元素进行去重：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 2, 2, 3, 7, 3, 5);
numbers.stream().distinct().forEach(System.out::println);
//3,2,7,5

接下来我们通过一个例子和一张图，来演示下，当一个Stream先后通过filter、map、sort、limit以及distinct处理后会发生什么。

代码如下：

List<String> strings = Arrays.asList("Hollis", "HollisChuang", "hollis", "Hello", "HelloWorld", "Hollis");
Stream s = strings.stream().filter(string -> string.length()<= 6).map(String::length).sorted().limit(3)
            .distinct();

4.4-Stream最终操作

Stream的中间操作得到的结果还是一个Stream，那么如何把一个Stream转换成我们需要的类型呢？比如计算出流中元素的个数、将流装换成集合等。这就需要最终操作（terminal operation）

最终操作会消耗流，产生一个最终结果。也就是说，在最终操作之后，不能再次使用流，也不能在使用任何中间操作，否则将抛出异常：

java.lang.IllegalStateException: stream has already been operated upon or closed

俗话说，“你永远不会两次踏入同一条河”也正是这个意思。

4.4.1-forEach

Stream 提供了方法 ‘forEach’ 来迭代流中的每个数据。以下代码片段使用 forEach 输出了10个随机数：

Random random = new Random();
random.ints().limit(10).forEach(System.out::println);

4.4.2-count

count用来统计流中的元素个数。

List<String> strings = Arrays.asList("Hollis", "HollisChuang", "hollis","Hollis666", "Hello", "HelloWorld", "Hollis");
System.out.println(strings.stream().count());
//7

4.4.3-collect

collect就是一个归约操作，可以接受各种做法作为参数，将流中的元素累积成一个汇总结果：

List<String> strings = Arrays.asList("Hollis", "HollisChuang", "hollis","Hollis666", "Hello", "HelloWorld", "Hollis");
strings  = strings.stream().filter(string -> string.startsWith("Hollis")).collect(Collectors.toList());
System.out.println(strings);
//Hollis, HollisChuang, Hollis666, Hollis

接下来，我们还是使用一张图，来演示下，前文的例子中，当一个Stream先后通过filter、map、sort、limit以及distinct处理后会，在分别使用不同的最终操作可以得到怎样的结果。