初识函数式编程的一点漫谈

昨天看一些函数式编程、Haskell、Scala的书和文章，到半夜还莫名其妙：

「好像除了函数是一等公民外，没发现什么好处呀……很多人说学函数式能改变思维方式，又不肯说这改变具体是什么。」

「javascript里函数也是一等公民，用着也很爽，函数式比之，还有什么好处？」

很不满意地躺下，用手机继续google之，突然发现一篇文章，醍醐灌顶，立刻爬起来仔细阅读，摸黑记录（兴奋得没工夫开灯），发微博致谢。

「函数式编程的关键是不定义变量」，这至为重要的一点，之前看的书和文章竟然都没强调——说是说过了，却没指出这是重点。

就连忙现想个功能，尝试不定义变量地实现它，发现当有了这个勒定，函数语言自然会被「倒逼」着具备lambda等特性，因为我发现只用老java，不用java8语法，很难在「不定义变量」的约束下实现之，不知道是不是不可能实现，我的数学能力不足以证明之。

今天早上起来，赶快翻开《写给大忙人看的java8》，使用java8语法完成程序。完成后重构一下，发现果然不出所料，最终代码的结构，是函数复函数，函数套函数，主函数是超级大函数，而这些函数的分隔和关联，着眼点就在其参数和返回值上。

数学里，函数的意义是定义域到值域的映射，代码里写的函数，其意义是参数集合到返回值集合的映射，为了达成这从集合到集合的映射，在不许定义变量的情况下，只有借助java8的lambda和stream才能实现。

每个函数都是从一个集合，变换到另一个集合，这样经过若干步变换，就实现了从程序的总参数，到程序的总结果的变换。

程序的意义本来就是从输入到输出的变换，输入是用户操作、网络请求、定时器等事件引起的中断，及存储器某个地方现有的数据，输出则是将一些数据写到存储器中，包括写磁盘、写显存以让屏幕显示某些图画、写数据库、发网络请求调远处接口等。可以把程序的「总输入参数」看做一个集合，「总输出结果」看做一个集合，从参数集合到结果集合的映射，就是一个「大函数」，这与函数式编程的「主函数是超级大函数」是一致的。

其实「网站」的「主函数」又何尝不是「超级大函数」呢，本质就是socket服务端的主循环，通过很复杂的策略，把「总输入」包成request对象，把「总输出」准备用response对象处置，然后路由到具体的程序上，那程序可能进一步「分治」，用框架把request的参数绑到具体处理方法的入参上，把该方法的出参用框架给到response返回，然后通过路径匹配，把各个请求给到适当的处理方法上。只是，很多时候，我们在太高层、太狭窄的上下文中工作得太久，以至于忘了自己身处一个「超级大函数」之中。

视线更大一点，计算机又何尝不是「超级大函数」呢，一通电，CPU即不停运转，这就是最大的函数，「总输入」是电能，「总输出」是电路使硬件发生的变化；在这之上一层，操作系统的主循环是次一级的「超级大函数」，「总输入」是随时监听到的硬件中断；再之上一层，才是某个进程的主循环这「大函数」，「总输入」是操作系统分配来的事件，上段说的网站服务器的socket主循环就是这种「大函数」；在这函数调用之下，Filter和Servlet这些组件的生命周期才得以运转，然后进一步才是Spring等框架的初始化，Struts或Spring等框架表现层组件的初始化和响应事件方法执行，再下一步，才是业务层，持久层，读写磁盘，读写数据库，读写API这些具体的「小函数」，小函数的输出，再经过层层包裹，成为「超级大函数」的输出的一部分，即对某处的硬件产生效果。

视线再大一点，就是宇宙大爆炸是「究极大函数」，那个瞬间一切原子的位置，是否已决定了之后的一切，这已是哲学的问题了。这个「洪荒之力」，过于究极，我们也只是这个大函数中极为渺小的一些数据啊，缘聚，就有了我，缘散，就没了我，像一滴水消失在水中，像计算机断电后，内存中的010101化为乌有，人生天地间，忽如远行客。

说远了。函数想从输入变换到输出，处理方法是当然要有的，这个方法，命令式语言着眼于「参数怎样算出结果」的流程，而函数式语言着眼于「参数与结果的对应」的关系，一个着眼于过程，一个着眼于结果，一个在厚重的书本中寻找来龙去脉，一个用搜索引擎来直指目的讯息，一个运筹帷幄，一个应变随机，一个深厚，一个扁平，一个动，一个静，一个重步骤，一个重设置，若说没奇缘，java偏又升到8，若说有奇缘，为何阵营终分化。

映射这件事，java程序员也早就熟悉啊，不论是web.xml，还是struts.xml，还是spring中bean的id到实体，还是mybatis中「函数」的id到语句，hibernate？它叫做O-R什么来着？服务器这「超级大函数」接收到的各路神仙，给分化瓦解，分而治之，你虽一路来，我却N路去，这是但凡程序员都知道的「分治」原则。顺序选择循环，顺序循环可以咬牙不要，不用选择还想达到目的的，没听说过，即使没听过「函数式」的程序员，也每天都在做把「大函数」的任务视情况分配到「小函数」来处理的工作。

那「不定义变量」的意义是什么，它的意义是，函数是纯逻辑——当然，是大逻辑套小逻辑的复杂逻辑。它不需要「知识」，即存储在存储单元中的数据。就好比形式逻辑，A为真，B为真，A且B则一定为真，至于A和B是什么，不用想。「不定义变量」从根本上避免了来自知识的污染，对程序来说，参数即是全部知识，外部知识不需要，我也没兴趣向外写，我只以这点有限的参数知识为准，返回适当的结果知识。

这个切割非常漂亮，能让程序员专注于对局部的考察，只关注当前函数这「茅庐」即可，外面「三分天下」的洪水滔天都不在意（毕竟它们渗不进来）。显然，这阅读代码、单元测试起来，都太方便了，有限知识的纯逻辑推演，正是数学和逻辑学「天然真理」在程序世界中的表现，天然真理是干净的，不需要被证明，不可能被证伪。

但科学是「有待」的，商业程序也是「有待」的，商业程序里可能没有用全局变量装状态，但最大的状态都在用N个数据库服务器或缓存服务器的集群装着呢。数据就是知识，知识就是力量，阿尔法打败了李世石，在这真正的洪荒之力面前，纯逻辑的推演显得力不从心，互联网时代，记忆力和计算力都外包，计算力这方面函数式干净利落，但记忆力即「状态」的价值同样举足轻重啊。科学知识，早晚要被证伪，并非天理，但能指导生活；商业程序，其中含有状态，并不干净，但能服务人类。函数式的思维，应该作为一种武器，纳入我们的兵器谱，在适当的时候取出来，破军杀敌。而不是奉为至宝，顶礼膜拜，一言不合，出言不逊。这才是一个客观务实的态度。

以上是初识函数式编程的一点漫谈，没有限于问题本身，「漫溢」了，不过作为散文，而非论文，「通感移觉」这种「使用知识」的修辞，很有效用，虽然形散，神却不散，不知看到这里（感谢）的你，对这会点头否？雾里看花，见识有限，全是个人思考和领悟的产物，恐怕错误不少，请多指正。

最后把开头说的用java尝试函数式编程的代码贴上来吧，java8是刚学，代码挺笨的，请指教。

public static void main(String[] args) {
    //把给定的一些字符串，统计字母出现次数，结果为：
    //a:1 b:4 k:3 o:6
    System.out.println(strs2SumGroupStr("booka", "bookb", "koob"));
}

//booka,bookb... -> 'a:1 b:4..'
public static String strs2SumGroupStr(String... strs){
    return stream2SumGroupStr(strs2Stream(strs));
}

//booka,bookb... -> b,o,o,k,a,b...
public static IntStream strs2Stream(String... strs){
    return String.join("", strs).chars();
}

//b,o,o,k,a,b... -> 'a:1 b:4..'
public static String stream2SumGroupStr(IntStream is){
    return groupMap2SumGroupStr(stream2GroupMap(is));
}

//b,o,o,k,a,b... -> {a:*,b:*..}
public static Map<Integer,IntSummaryStatistics> stream2GroupMap(IntStream is){
    return is.boxed().collect(Collectors.groupingBy(i->i, Collectors.summarizingInt(i->i)));
}

//{a:*,b:*..} -> 'a:1 b:4..'
public static String groupMap2SumGroupStr(Map<Integer,IntSummaryStatistics> map){
    return groupSet2SumGroupStr(groupMap2GroupSet(map));
}

//{a:*,b:*..} -> ('a:1','b:4'..)
public static Set<String> groupMap2GroupSet(Map<Integer,IntSummaryStatistics> map){
    return map
            .keySet()
            .stream()
            .map(k->(char)k.intValue()+":"+map.get(k).getCount())
            .collect(Collectors.toSet());
}

//('a:1','b:4'..) -> 'a:1 b:4..'
public static String groupSet2SumGroupStr(Set<String> set){
    return set
            .stream()
            .reduce((x,y) -> x + " " + y)
            .get();
}