Java函数式编程的前生今世
随着Java8的发布，大家翘首以待的FP(函数式编程，后文皆以FP简称)终于面世。其实早在1.7这个版本就已经准备发布，但是由于还属于Sun刚被收购的磨合期所耽误。而Java8这个版本也一再延误才终于发布。
早些时候说起Java，大家对他的第一印象就是冗长，虽然我们可以通过IDEA等工具帮我们解决这些问题，但是可读性差的问题仍无法避免。
于是，lambda和函数式编程呼之欲出。
在Java中函数是表达式与lambda密不可分，而说到lambda表达式，又就不得不提及@FunctionInterface这个注解，当你点开这个注解，你会发现很多你熟悉的类(Comparator、Runnable等)都使用了这个注解，而这个注解也是Java实现函数式编程编程中尤为重要的一环。
在解释这个注解实现原理之前，我们不妨先使用一下lambda看看其效果。
//Java8之前
Thread thread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
});
//Java8之后
Thread thread = new Thread(() -> System.out.println(Thread.currentThread().getName()));
//或者你可以使用方法引用
Thread thread1 = new Thread(StreamDemo::sayHello);
private static void sayHello() {
System.out.println("hello,world");
}
原理
如果是你，你会如何设计这套语法糖的实现呢？
万变不离其宗，lambda只是语法糖，虽然我们使用lambda表达式简化了我们的代码，但是并不意味着我们不需要实现Runnable，我们不妨大胆猜测一下：是不是因为@FunctionalInterface注解自动帮我们生成了一个Runnable的实现？
没错，Java会在编译时帮我们动态生成一个对象来实现Runnable，我们可以通过参数-Djdk.internal.lambda.dumpProxyClasses来帮助我们把生成的类输出。
java -classpath your-class-path -Djdk.internal.lambda.dumpProxyClasses com.nineyang.LambdaDemo
通过执行上述代码，我们会发现生成了两个名字比较奇特的类：
//LambdaDemo$$Lambda$1.class
final class LambdaDemo$$Lambda$1 implements Runnable {
private LambdaDemo$$Lambda$1() {
}
@Hidden
public void run() {
LambdaDemo.lambda$main$0();
}
}
//LambdaDemo$$Lambda$2.class
final class LambdaDemo$$Lambda$2 implements Runnable {
private LambdaDemo$$Lambda$2() {
}
@Hidden
public void run() {
LambdaDemo.sayHello();
}
}
此时又有一个奇奇怪怪的方法出现了，LambdaDemo.sayHello()我们可以理解，但是LambdaDemo.lambda$main$0()是什么鬼？我们可重来没有写过这个方法啊。
我们不妨再猜测一下，是不是因为生成实例的同时，也给我们生成了一个方法呢？既然这个静态方法在我们所写的类中，那我们不妨看看这个类生成的字节码：
//命令行执行
javap -p -c target.classes.com.nineyang.LambdaDemo
//截取其中一部分字节码
private static void lambda$main$0();
Code:
0: getstatic #7 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
3: invokestatic #10 // Method java/lang/Thread.currentThread:()Ljava/lang/Thread;
6: invokevirtual #11 // Method java/lang/Thread.getName:()Ljava/lang/String;
9: invokevirtual #9 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
12: return
我想看到这里，已经不需要我再过多解释，大家也能明白其所做的事情是什么了。
不过，也许此时在你心中有了一个疑惑，为什么这些名字这么奇怪？在哪里可以看到生成的规则呢？如果我自定义一个FunctionInterface结果会怎样呢？
public class LambdaDemo2 {
public static void main(String[] args) {
LambdaPrintFunction lambdaPrintFunction = System.out::println;
lambdaPrintFunction.print("hello,nine");
}
}
@FunctionalInterface
interface LambdaPrintFunction {
void print(String x);
}
//生成的实现类
final class LambdaDemo2$$Lambda$1 implements LambdaPrintFunction {
private final PrintStream arg$1;
private LambdaDemo2$$Lambda$1(PrintStream var1) {
this.arg$1 = var1;
}
private static LambdaPrintFunction get$Lambda(PrintStream var0) {
return new LambdaDemo2$$Lambda$1(var0);
}
@Hidden
public void print(String var1) {
this.arg$1.println(var1);
}
}
此时生成的情况会变得稍显复杂，那么生成的规则到底在哪可以看呢？我们不妨带上附加信息后再看看我们的字节码
javap -c -p -v target.classes.com.nineyang.LambdaDemo2
SourceFile: "LambdaDemo2.java"
InnerClasses:
public static final #56= #55 of #61; //Lookup=class java/lang/invoke/MethodHandles$Lookup of class java/lang/invoke/MethodHandles
BootstrapMethods:
0: #29 invokestatic java/lang/invoke/LambdaMetafactory.metafactory:(Ljava/lang/invoke/MethodHandles$Lookup;Ljava/lang/String;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/invoke/MethodHandle;Ljava/lang/invoke/MethodType;)Ljava/lang/invoke/CallSite;
Method arguments:
#30 (Ljava/lang/String;)V
#31 invokevirtual java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
#30 (Ljava/lang/String;)V
我们拿到最后的附加信息之后，发现又一个非常有用的提示：invokestatic java/lang/invoke/LambdaMetafactory.metafactory
//LambdaMetafactory.metafactory方法
public static CallSite metafactory(MethodHandles.Lookup caller,
String invokedName,
MethodType invokedType,
MethodType samMethodType,
MethodHandle implMethod,
MethodType instantiatedMethodType)
throws LambdaConversionException {
AbstractValidatingLambdaMetafactory mf;
mf = new InnerClassLambdaMetafactory(caller, invokedType,
invokedName, samMethodType,
implMethod, instantiatedMethodType,
false, EMPTY_CLASS_ARRAY, EMPTY_MT_ARRAY);
mf.validateMetafactoryArgs();
return mf.buildCallSite();
}
该方法会帮助调度InnerClassLambdaMetafactory来我们生成实现类，而InnerClassLambdaMetafactory中，就有了我们所需要的参数相关的生成规则。
public InnerClassLambdaMetafactory(MethodHandles.Lookup caller,
MethodType invokedType,
String samMethodName,
MethodType samMethodType,
MethodHandle implMethod,
MethodType instantiatedMethodType,
boolean isSerializable,
Class<?>[] markerInterfaces,
MethodType[] additionalBridges)
throws LambdaConversionException {
super(caller, invokedType, samMethodName, samMethodType,
implMethod, instantiatedMethodType,
isSerializable, markerInterfaces, additionalBridges);
implMethodClassName = implDefiningClass.getName().replace('.', '/');
implMethodName = implInfo.getName();
implMethodDesc = implMethodType.toMethodDescriptorString();
implMethodReturnClass = (implKind == MethodHandleInfo.REF_newInvokeSpecial)
? implDefiningClass
: implMethodType.returnType();
constructorType = invokedType.changeReturnType(Void.TYPE);
lambdaClassName = targetClass.getName().replace('.', '/') + "$$Lambda$" + counter.incrementAndGet();
cw = new ClassWriter(ClassWriter.COMPUTE_MAXS);
int parameterCount = invokedType.parameterCount();
if (parameterCount > 0) {
argNames = new String[parameterCount];
argDescs = new String[parameterCount];
for (int i = 0; i < parameterCount; i++) {
argNames[i] = "arg$" + (i + 1);
argDescs[i] = BytecodeDescriptor.unparse(invokedType.parameterType(i));
}
} else {
argNames = argDescs = EMPTY_STRING_ARRAY;
}
}
好了，这就是lambda表达式的基本原理。前面我们用到了自定义的函数式编程，不过坦率地讲，我们在实际工作中用的非常少，因为Java已经帮我们定义好了我们可能会用到的一些接口。
四大函数式编程接口
Consumer
@FunctionalInterface
public interface Consumer<T> {
void accept(T t);
default Consumer<T> andThen(Consumer<? super T> after) {
Objects.requireNonNull(after);
return (T t) -> { accept(t); after.accept(t); };
}
}
Consumer是对数据源的操作，没有返回值，同时提供了andThen方法来帮助我们链式调用。这里需要说明的是，注解@FunctionalInterface是可以有默认方法和静态方法的，但是，接口实现只能有一个。
public class ConsumerDemo {
public static void main(String[] args) {
Consumer<String> consumer = (name) -> System.out.println("hello," + name);
consumer.accept("nineyang");
}
}
Predicate
@FunctionalInterface
public interface Predicate<T> {
boolean test(T t);
default Predicate<T> and(Predicate<? super T> other) {
Objects.requireNonNull(other);
return (t) -> test(t) && other.test(t);
}
default Predicate<T> negate() {
return (t) -> !test(t);
}
default Predicate<T> or(Predicate<? super T> other) {
Objects.requireNonNull(other);
return (t) -> test(t) || other.test(t);
}
static <T> Predicate<T> isEqual(Object targetRef) {
return (null == targetRef)
? Objects::isNull
: object -> targetRef.equals(object);
}
}
Predicate，顾名思义，用于判定表达式执行的结果，返回值是boolean。
public class PredicateDemo {
public static void main(String[] args) {
Predicate<Integer> predicate = (x) -> x > 0;
boolean result = predicate.test(10);
}
}
Function
@FunctionalInterface
public interface Function<T, R> {
R apply(T t);
default <V> Function<V, R> compose(Function<? super V, ? extends T> before) {
Objects.requireNonNull(before);
return (V v) -> apply(before.apply(v));
}
default <V> Function<T, V> andThen(Function<? super R, ? extends V> after) {
Objects.requireNonNull(after);
return (T t) -> after.apply(apply(t));
}
static <T> Function<T, T> identity() {
return t -> t;
}
}
Function，可以执行一段逻辑，比如用于转化类型，将一种类型转换为另外一种。
public class FunctionDemo {
public static void main(String[] args) {
Function<String,Integer> function = Integer::valueOf;
Integer result = function.apply("10");
}
}
Supplier
@FunctionalInterface
public interface Supplier<T> {
T get();
}
Supplier，用于获取结果。
public class SupplierDemo {
public static void main(String[] args) {
Supplier<String> supplier = () -> "hello,nineyang";
System.out.println(supplier.get());
}
}
这就是Java中最常用的四大函数式编程的接口了，其他的也基本上是围绕这四种来展开的，这也与我们接下来关于Stream的篇幅内容息息相关，但是由于篇幅有限，这里便不再赘述。
欢迎关注我的公众号，每周至少一篇比较有深度的原创文章：
