Java经典类库-Guava中的函数式编程讲解

如果我要新建一个java的项目，那么有两个类库是必备的，一个是junit，另一个是Guava。选择junit，因为我喜欢TDD，喜欢自动化测试。而是用Guava，是因为我喜欢简洁的API。Guava提供了很多的实用工具函数来弥补java标准库的不足，另外Guava还引入了函数式编程的概念，在一定程度上缓解了java在JDK1.8之前没有lambda的缺陷，使使用java书写简洁易读的函数式风格的代码成为可能。

下面就简单的介绍下Guava中的一些体现了函数式编程的API。

Filter

我们先创建一个简单的Person类。

Person.java

public class Person {
    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    private String name;
    private int age;

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
}

如果要产生一个Person类的List，通常的写法可能是这样子。

        List<Person> people = new ArrayList<Person>();
        people.add(new Person("bowen",27));
        people.add(new Person("bob", 20));
        people.add(new Person("Katy", 18));
        people.add(new Person("Logon", 24));

而Guava提供了一个newArrayList的方法，其自带类型推演，并可以方便的生成一个List,并且通过参数传递初始化值。

        List<Person> people = newArrayList(new Person("bowen", 27),
                new Person("bob", 20),
                new Person("Katy", 18),
                new Person("Logon", 24));

当然，这不算函数式编程的范畴，这是Guava给我们提供的一个实用的函数。

如果我们选取其中年龄大于20的人，通常的写法可能是这样子。

        List<Person> oldPeople = new ArrayList<Person>();
        for (Person person : people) {
            if (person.getAge() >= 20) {
                oldPeople.add(person);
            }
        }

这就是典型的filter模式。filter即从一个集合中根据一个条件筛选元素。其中person.getAge() >=20就是这个条件。Guava为这种模式提供了一个filter的方法。所以我们可以这样写。

        List<Person> oldPeople = newArrayList(filter(people, new Predicate<Person>() {
            public boolean apply(Person person) {
                return person.getAge() >= 20;
            }
        }));

这里的Predicate是Guava中的一个接口，我们来看看它的定义。

Predicate.java

@GwtCompatible
public interface Predicate<T> {
  /**
   * Returns the result of applying this predicate to {@code input}. This method is <i>generally
   * expected</i>, but not absolutely required, to have the following properties:
   *
   * <ul>
   * <li>Its execution does not cause any observable side effects.
   * <li>The computation is <i>consistent with equals</i>; that is, {@link Objects#equal
   *     Objects.equal}{@code (a, b)} implies that {@code predicate.apply(a) ==
   *     predicate.apply(b))}.
   * </ul>
   *
   * @throws NullPointerException if {@code input} is null and this predicate does not accept null
   *     arguments
   */
  boolean apply(@Nullable T input);

  /**
   * Indicates whether another object is equal to this predicate.
   *
   * <p>Most implementations will have no reason to override the behavior of {@link Object#equals}.
   * However, an implementation may also choose to return {@code true} whenever {@code object} is a
   * {@link Predicate} that it considers <i>interchangeable</i> with this one. "Interchangeable"
   * <i>typically</i> means that {@code this.apply(t) == that.apply(t)} for all {@code t} of type
   * {@code T}). Note that a {@code false} result from this method does not imply that the
   * predicates are known <i>not</i> to be interchangeable.
   */
  @Override
  boolean equals(@Nullable Object object);
}

里面只有一个apply方法，接收一个泛型的实参，返回一个boolean值。由于java世界中函数并不是一等公民，所以我们无法直接传递一个条件函数，只能通过Predicate这个类包装一下。

And Predicate

如果要再实现一个方法来查找People列表中所有名字中包含b字母的列表，我们可以用Guava简单的实现。

        List<Person> namedPeople = newArrayList(filter(people, new Predicate<Person>() {
            public boolean apply(Person person) {
                return person.getName().contains("b");
            }
        }));

一切是这么的简单。那么新需求来了，如果现在需要找年龄>=20并且名称包含b的人，该如何实现那？可能你会这样写。

        List<Person> filteredPeople = newArrayList(filter(people, new Predicate<Person>() {
            public boolean apply(Person person) {
                return person.getName().contains("b") && person.getAge() >= 20;
            }
        }));

这样写的话就有一定的代码重复，因为之前我们已经写了两个Predicate来分别实现这两个条件判断，能不能重用之前的Predicate那？答案是能。我们首先将之前生成年龄判断和名称判断的两个Predicate抽成方法。

    private Predicate<Person> ageBiggerThan(final int age) {
        return new Predicate<Person>() {
            public boolean apply(Person person) {
                return person.getAge() >= age;
            }
        };
    }

private Predicate<Person> nameContains(final String str) {
        return new Predicate<Person>() {
            public boolean apply(Person person) {
                return person.getName().contains(str);
            }
        };
    }

而我们的结果其实就是这两个Predicate相与。Guava给我们提供了and方法，用于对一组Predicate求与。

      List<Person> filteredPeople = newArrayList(filter(people, and(ageBiggerThan(20), nameContains("b"))));

由于and接收一组Predicate，返回也是一个Predicate，所以可以直接作为filter的第二个参数。如果不熟悉函数式编程的人可能感觉有点怪异，但是习惯了就会觉得它的强大与简洁。当然除了and，Guava还为我们提供了or，用于对一组Predicate求或。这里就不多讲了，大家可以自己练习下。

Map(transform)

列表操作还有另一个常见的模式，就是将数组中的所有元素映射为另一种元素的列表，这就是map pattern。举个例子，求People列表中的所有人名。程序员十有八九都会这样写。

        List<String> names = new ArrayList<String>();
        for (Person person : people) {
            names.add(person.getName());
        }

Guava已经给我们提供了这种Pattern的结果办法，那就是使用transform方法。

        List<String> names = newArrayList(transform(people, new Function<Person, String>() {
            public String apply( Person person) {
                return person.getName();
            }
        }));

Function是另外一种用于封装函数的接口对象。它的定义如下:

Function.java

@GwtCompatible
public interface Function<F, T> {
  /**
   * Returns the result of applying this function to {@code input}. This method is <i>generally
   * expected</i>, but not absolutely required, to have the following properties:
   *
   * <ul>
   * <li>Its execution does not cause any observable side effects.
   * <li>The computation is <i>consistent with equals</i>; that is, {@link Objects#equal
   *     Objects.equal}{@code (a, b)} implies that {@code Objects.equal(function.apply(a),
   *     function.apply(b))}.
   * </ul>
   *
   * @throws NullPointerException if {@code input} is null and this function does not accept null
   *     arguments
   */
  @Nullable T apply(@Nullable F input);

  /**
   * Indicates whether another object is equal to this function.
   *
   * <p>Most implementations will have no reason to override the behavior of {@link Object#equals}.
   * However, an implementation may also choose to return {@code true} whenever {@code object} is a
   * {@link Function} that it considers <i>interchangeable</i> with this one. "Interchangeable"
   * <i>typically</i> means that {@code Objects.equal(this.apply(f), that.apply(f))} is true for all
   * {@code f} of type {@code F}. Note that a {@code false} result from this method does not imply
   * that the functions are known <i>not</i> to be interchangeable.
   */
  @Override
  boolean equals(@Nullable Object object);
}

它与Predicate非常相似，但不同的是它接收两个泛型，apply方法接收一种泛型实参，返回值是另一种泛型值。正是这个apply方法定义了数组间元素一对一的map规则。

reduce

除了filter与map模式外，列表操作还有一种reduce操作。比如求people列表中所有人年龄的和。Guava并未提供reduce方法。具体原因我们并不清楚。但是我们可以自己简单的实现一个reduce pattern。先定义一个Func的接口。

Func.java

     public interface Func<F,T> {

         T apply(F currentElement, T origin);

     }

apply方法的第一个参数为列表中的当前元素，第二个参数为默认值，返回值类型为默认值类型。然后我们定义个reduce的静态方法。

Reduce.java

public class Reduce {
    private Reduce() {

    }

    public static <F,T> T reduce(final Iterable<F> iterable, final Func<F, T> func, T origin) {

        for (Iterator iterator = iterable.iterator(); iterator.hasNext(); ) {
            origin = func.apply((F)(iterator.next()), origin);
        }

        return origin;
    }
}

reduce方法接收三个参数，第一个是需要进行reduce操作的列表，第二个是封装reduce操作的Func，第三个参数是初始值。

我们可以使用这个reduce来实现求people列表中所有人的年龄之和。

        Integer ages = Reduce.reduce(people, new Func<Person, Integer>() {

            public Integer apply(Person person, Integer origin) {
                return person.getAge() + origin;
            }
        }, 0);

我们也可以轻松的写一个方法来得到年龄的最大值。

        Integer maxAge = Reduce.reduce(people, new Func<Person, Integer>() {

            public Integer apply(Person person, Integer origin) {
                return person.getAge() > origin ? person.getAge() : origin;
            }
        }, 0);

Fluent pattern

现在新需求来了，需要找出年龄>=20岁的人的所有名称。该如何操作那？我们可以使用filter过滤出年龄>=20的人，然后使用transform得到剩下的所有人的人名。

    private Function<Person, String> getName() {
        return new Function<Person, String>() {
            public String apply( Person person) {
                return person.getName();
            }
        };
    }

    public void getPeopleNamesByAge() {

        List<String> names = newArrayList(transform(filter(people, ageBiggerThan(20)), getName()));
    }

这样括号套括号的着实不好看。能不能改进一下那？Guava为我们提供了fluent模式的API,我们可以这样来写。

      List<String> names = from(people).filter(ageBiggerThan(20)).transform(getName()).toList();

Guava中还有很多好玩的东西，大家时间可以多发掘发掘。这篇文章的源码已经被我放置到github中，感兴趣的可以自行查看。