Java 函数式编程

 

在兼顾面向对象特性的基础上，Java语言通过Lambda表达式与方法引用等，为开发者打开了函数式编程的大门。 下面我们做一个初探。

Lambda的延迟执行

有些场景的代码执行后，结果不一定会被使用，从而造成性能浪费。而Lambda表达式是延迟执行的，这正好可以 作为解决方案，提升性能。

 

性能浪费的日志案例

注：日志可以帮助我们快速的定位问题，记录程序运行过程中的情况，以便项目的监控和优化。

一种典型的场景就是对参数进行有条件使用，例如对日志消息进行拼接后，在满足条件的情况下进行打印输出：

public class Demo01Logger {
    public static void main(String[] args) {
        String msgA = "Hello ";
        String msgB = "World ";
        String msgC = "Java";

        log(1, msgA + msgB + msgC);
    }

    private static void log(int level, String mgs) {
        if (level == 1) {
            System.out.println(mgs);
        }
    }
}

这段代码存在问题：无论级别 level 是否满足要求，作为 log 方法的第二个参数，三个字符串一定会首先被拼接并传入方法内，然后才会进行级别判断。如果级别不符合要求，那么字符串的拼接操作就白做了，存在性能浪费。

备注：SLF4J是应用非常广泛的日志框架，它在记录日志时为了解决这种性能浪费的问题，并不推荐首先进行 字符串的拼接，而是将字符串的若干部分作
为可变参数传入方法中，仅在日志级别满足要求的情况下才会进 行字符串拼接。例如: LOGGER.debug("变量{}的取值为{}。", "os", "macOS") ，
其中的大括号 {} 为占位 符。如果满足日志级别要求，则会将“os”和“macOS”两个字符串依次拼接到大括号的位置;否则不会进行字 符串拼接。这也是
一种可行解决方案，但Lambda可以做到更好。

体验Lambda的更优写法

使用Lambda必然需要一个函数式接口：

@FunctionalInterface
public interface MessageBuilder {
    /**
     * 信息生成器
     * @return 生成的信息
     */
    public abstract String builderMessage();
}

然后对 log 方法进行改造：

public class Demo02Logger {
    public static void main(String[] args) {
        String msgA = "Hello ";
        String msgB = "World ";
        String msgC = "Java";

        log(1, () -> msgA + msgB + msgC);
    }

    private static void log(int level, MessageBuilder mb) {
        if (level == 1) {
            System.out.println(mb.builderMessage());
        }
    }
}

改造前后的对比：

这样一来，只有当级别满足要求的时候，才会进行三个字符串的拼接;否则三个字符串将不会进行拼接。

证明Lambda的延迟

下面的代码可以通过结果进行验证：

public class Demo03Logger {
    public static void main(String[] args) {
        String msgA = "Hello ";
        String msgB = "World ";
        String msgC = "Java";

        log(2, () -> {
            System.out.println("Lambada 执行！");
            return msgA + msgB + msgC;
        });
    }

    private static void log(int level, MessageBuilder mb) {
        if (level == 1) {
            System.out.println(mb.builderMessage());
        }
    }
}

这里只是在调用 log 方法的时候，将传入的Lambda稍作修改，

当传入的 level = 1 的时候，控制台输出：

Lambada 执行！
Hello World Java

当传入的 level != 1 的时候，控制台没有输出。

从结果中可以看出，在不符合级别要求的情况下，Lambda将不会执行。从而达到节省性能的效果。

扩展：实际上使用内部类也可以达到同样的效果，只是将代码操作延迟到了另外一个对象当中通过调用方法来完成。而是否调
用其所在方法是在条件判断之后才执行的。

public class Demo04Logger {
    public static void main(String[] args) {
        String msgA = "Hello ";
        String msgB = "World ";
        String msgC = "Java";

        log(1, new MessageBuilder() {
            @Override
            public String builderMessage() {
                System.out.println("Lambada 执行！");
                return msgA + msgB + msgC;
            }
        });
    }

    private static void log(int level, MessageBuilder mb) {
        if (level == 1) {
            System.out.println(mb.builderMessage());
        }
    }
}

使用Lambda作为参数和返回值

如果抛开实现原理不说，Java中的Lambda表达式可以被当作是匿名内部类的替代品。如果方法的参数是一个函数式接口类型，那么就可以使用Lambda表达式进行替代。使用Lambda表达式作为方法参数，其实就是使用函数式 接口作为方法参数。

 

Lambda作为参数

例如 java.lang.Runnable 接口就是一个函数式接口，假设有一个 startThread 方法使用该接口作为参数，那么就可以使用Lambda进行传参。这种情况其实和 Thread 类的构造方法参数为 Runnable 没有本质区别。

匿名内部类作为参数，创建新的线程并执行：

public class Demo01Runnable {
    public static void main(String[] args) {
        startThread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("线程任务执行!");
            }
        });
    }

    /**
     * 创建一个新的线程，赋予任务，然后开启线程
     * @param runnable 传入Thread类的接口，实现创建新线程
     */
    private static void startThread(Runnable runnable) {
        new Thread(runnable).start();
    }
}

运行程序，控制台输出：

线程任务执行!

Lambda作为参数，创建新的线程并执行：

public class Demo02Runnable {
    public static void main(String[] args) {
        startThread(
                () -> System.out.println("线程任务执行!")
        );
    }

    /**
     * 创建一个新的线程，赋予任务，然后开启线程
     * @param runnable 传入Thread类的接口，实现创建新线程
     */
    private static void startThread(Runnable runnable) {
        new Thread(runnable).start();
    }
}

运行程序，控制台输出：

线程任务执行!

Lambda作为返回值

类似地，如果一个方法的返回值类型是一个函数式接口，那么就可以直接返回一个Lambda表达式。当需要通过一个方法来获取一个 java.util.Comparator 接口类型的对象作为排序器时,就可以调该方法获取。

Lambda作为返回值，字符串的长短比较：

import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;

public class DemoComparator {
    public static void main(String[] args) {
        String[] array = { "abc", "ab", "a" };
        System.out.println("使用比较器比较之前：" + Arrays.toString(array));
        Arrays.sort(array, newComparator());
        System.out.println("使用比较器比较之后：" + Arrays.toString(array));
    }

    /**
     * 字符串a、b的长短比较，自己定义比较器规则，生序排序，字符串长的排在后面。
     * @return 布尔值，
     *         a.length() - b.length() < 0 返回 false，
     *         a.length() - b.length() > 0 返回 true，
     *         a.length() = b.length() 返回 0
     */
    public static Comparator<String> newComparator() {
        return (a, b) -> a.length() - b.length();
    }
}

匿名内部类作为返回值，字符串的长短比较：

import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;

public class DemoComparator {
    public static void main(String[] args) {
        String[] array = { "abc", "ab", "a" };
        System.out.println("使用比较器比较之前：" + Arrays.toString(array));
        Arrays.sort(array, newComparator());
        System.out.println("使用比较器比较之后：" + Arrays.toString(array));
    }

    public static Comparator<String> newComparator1() {
        return new Comparator<String>() {
            @Override
            public int compare(String o1, String o2) {
                return o1.length() - o2.length();
            }
        };
    }
}

运行程序，控制台输出一样：

使用比较器比较之前：[abc, ab, a]
使用比较器比较之后：[a, ab, abc]