Java8函数之旅（四） --四大函数接口

前言

  Java8中函数接口有很多,大概有几十个吧,具体究竟是多少我也数不清,所以一开始看的时候感觉一脸懵逼,不过其实根本没那么复杂,毕竟不应该也没必要把一个东西设计的很复杂。

几个单词

  在学习了解之前,希望大家能记住几个单词,掌握这几个单词,什么3，40个官方的函数接口都是小问题了,不信的话接着往下看啦。ok，那这几个单词呢分别是supplier 提供者,consumer 消费者,function 函数,operation 运算符,binary 二元（就是数学里二元一次方程那个二元,代表2个的意思）,双重的

四大基础函数接口

  函数接口,你可以理解为对一段行为的抽象,简单点说可以在方法就是将一段行为作为参数进行传递,这个行为呢,可以是一段代码,也可以是一个方法,那你可以想象在java8之前要将一段方法作为参数传递只能通过匿名内部类来实现,而且代码很难看,也很长,函数接口就是对匿名内部类的优化。
  虽然类库中的基本函数接口特别多,但其实总体可以分成四类,就好像阿拉伯数字是无限多的,但总共就10个基本数字一样,理解了这4个,其他的就都明白了。

Functio<t,r>接口

   function,顾名思义,函数的意思,这里的函数是指数学上的函数哦,你也可以说是严格函数语言中的函数,例如haskell里的,他接受一个参数,返回一个值,永远都是这样,是一个恒定的,状态不可改变的方法。其实想讲函数这个彻底将明白可以再开一篇博客了,所以这里不详细的说了。
   上面说到,函数接口是对行为的抽象,因此我方便大家理解,就用java中的方法作例子。

   Fcuntion接口是对接受一个T类型参数,返回R类型的结果的方法的抽象,通过调用apply方法执行内容。

public class Operation{

/* 
    下面这个方法接受一个int类型参数a,返回a+1,符合我上面说的接受一个参数,返回一个值
    所以呢这个方法就符合Function接口的定义,那要怎么用呢,继续看例子 
*/
public static final int addOne(int a){
    return a+1;
}

/* 
    该方法第二个参数接受一个function类型的行为,然后调用apply，对a执行这段行为
*/
public static int oper(int a, Function<Integer,Integer> action){
    return action.apply(a);
}

/* 下面调用这个oper方法,将addOne方法作为参数传递 */
pulic static void main(String[] args){
    int x = 1;
    int y = oper(x,x -> addOne(x));//这里可以换成方法引用的写法 int y = oper(x,Operation::addOne)
    System.out.printf("x= %d, y = %d", x, y); // 打印结果 x=1, y=2
    
    /* 当然你也可以使用lambda表达式来表示这段行为,只要保证一个参数,一个返回值就能匹配 */
     y = oper(x, x -> x + 3 ); // y = 4
     y = oper(x, x -> x * 3 ); // y = 3    
}

}

 

这里的箭头指向的位置就是形参,可以看到第二个箭头的Lambda表达式指向了Funtion接口

Consumer 接口

Consumer 接口翻译过来就是消费者,顾名思义，该接口对应的方法类型为接收一个参数，没有返回值，可以通俗的理解成将这个参数'消费掉了'，一般来说使用Consumer接口往往伴随着一些期望状态的改变或者事件的发生,例如最典型的forEach就是使用的Consumer接口，虽然没有任何的返回值，但是却向控制台输出了语句。
Consumer 使用accept对参数执行行为

    public static void main(String[] args) {
        Consumer<String> printString = s -> System.out.println(s);
        printString.accept("helloWorld!");
        //控制台输出 helloWorld!
    }

Supplier 接口

Supplier 接口翻译过来就是提供者,和上面的消费者相反，该接口对应的方法类型为不接受参数，但是提供一个返回值，通俗的理解为这种接口是无私的奉献者，不仅不要参数，还返回一个值,使用get()方法获得这个返回值

        Supplier<String> getInstance = () -> "HelloWorld!";
        System.out.println(getInstance.get());
        // 控偶值台输出 HelloWorld

Predicate 接口

predicate<t,boolean> 谓语接口，顾名思义，中文中的‘是’与‘不是’是中文语法的谓语，同样的该接口对应的方法为接收一个参数，返回一个Boolean类型值，多用于判断与过滤，当然你可以把他理解成特殊的Funcation<t,r>，但是为了便于区分语义，还是单独的划了一个接口，使用test()方法执行这段行为

 public static void main(String[] args) {
     Predicate<Integer> predOdd = integer -> integer % 2 == 1;
     System.out.println(predOdd.test(5));
     //控制台输出 5
 }

其他的接口

介绍完正面这四种最基本的接口，剩余的接口就可以很容易的理解了，java8中定义了几十种的函数接口，但是剩下的接口都是上面这几种接口的变种，大多为限制参数类型，数量，下面举几个例子。

类型限制接口

• 参数类型,例如IntPredicate,LongPredicate, DoublePredicate，这几个接口，都是在基于Predicate接口的，不同的就是他们的泛型类型分别变成了Integer,Long,Double,IntConsumer,LongConsumer, DoubleConsumer比如这几个,对应的就是Consumer<Integer>,Consumer<Long>,Consumer<Double>,其余的是一样的道理，就不再举例子了
• 返回值类型，和上面类似，只是命名的规则上多了一个To,例如IntToDoubleFunction,IntToLongFunction, 很明显就是对应的Funtion<Integer,Double> 与Fcuntion<Integer,Long>，其余同理，另外需要注意的是，参数限制与返回值限制的命名唯一不同就是To,简单来说,前面不带To的都是参数类型限制,带To的是返回值类型限制，对于没有参数的函数接口，那显而易见只可能是对返回值作限制。例如LongFunction<R>就相当于Function<Long,R> 而多了一个To的ToLongFunction<T>就相当于Function<T,Long>，也就是对返回值类型作了限制。

数量限制接口

• 有些接口需要接受两名参数,此类接口的所有名字前面都是附加上Bi,是Binary的缩写，开头也介绍过这个单词了，是二元的意思，例如BiPredicate,BiFcuntion等等,而由于java没有多返回值的设定，所以Bi指的都是参数为两个

Operator接口

• 此类接口只有2个分别是UnaryOperator<T> 一元操作符接口,与BinaryOperator<T>二元操作符接口，这类接口属于Function接口的简写，他们只有一个泛型参数，意思是Funtion的参数与返回值类型相同,一般多用于操作计算，计算 a + b的BiFcuntion如果限制条件为Integer的话 往往要这么写BiFunction<Integer,Integer,Integer> 前2个泛型代表参数，最后一个代表返回值，看起来似乎是有点繁重了,这个时候就可以用BinaryOperator<Integer>来代替了。

下面是各种类型的接口的示意图，相信只要真正理解了，其实问题并不大

关于lambda的限制

Java8中的lambda表达式,并不是完全闭包，lambda表达式对值封闭，不对变量封闭。简单点来说就是局部变量在lambda表达式中如果要使用，必须是声明final类型或者是隐式的final例如

int num = 123;
Consumer<Integer> print = () -> System.out.println(num);

就是可以的,虽然num没有被声明为final，但从整体来看，他和final类型的变量的表现是一致的，可如果是这样的代码

int num = 123;
num ++;
Consumer<Integer> print = () -> System.out.println(num);

则无法通过编译器，这就是对值封闭(也就是栈上的变量封闭)
如果上文中的num是实例变量或者是静态变量就没有这个限制。
看到这里，自然而然就会有疑问为什么会这样？或者说为什么要这么设计。理由有很多，例如函数的不变性，线程安全等等等，这里我给一个简单的说明

• 为什么局部变量会有限制而静态变量和全局变量就没有限制，因为局部变量是保存在栈上的，而众所周知，栈上的变量都隐式的表现了它们仅限于它们所在的线程，而静态变量与实例变量是保存在静态区与堆中的，而这两块区域是线程共享的，所以访问并没有问题。
• 现在我们假设如果lambda表达式可以局部变量的情况，实例变量存储在堆中，局部变量存储在栈上，而lambda表达式是在另外一个线程中使用的，那么在访问局部变量的时候，因为线程不共享，因此lambda可能会在分配该变量的线程将这个变量收回之后，去访问该变量。所以说，Java在访问自由局部变量时，实际上是在访问它的副本，而不是访问原始变量。如果局部变量仅仅赋值一次那就没有什么区别了。
• 严格保证这种限制会让你的代码变得无比安全，如果你学习或了解过一些经典的函数式语言的话，就会知道不变性的重要性，这也是为什么stream流可以十分方便的改成并行流的重要原因之一。

总结

本篇介绍了四大函数接口和他们引申出的各类接口，终点是对不同种类行为的封装导致了设计出不同的函数接口，另外在使用函数接口或者lambda表达式的时候，要注意lambda对值封闭这个特性。