开始Java8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。
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