Java / 函数式接口

函数式接口

在上个小节的最后,我们提到了函数式接口的概念,也知道了想要使用Lambda表达式,则必须依赖函数式接口。本小节我们将学习函数式接口相关的知识,包括什么是函数式接口为什么需要函数式接口如何自定义一个函数式接口如何创建函数式接口的对象,以及一些 Java 内置的函数式接口的详细介绍等。本小节内容较为简单,但需要读者有Lambda表达式前置知识,学习重点是要了解 Java 内置函数式接口。

1. 什么是函数式接口

函数是接口(Functional Interface)的定义非常容易理解:只有一个抽象方法的接口,就是函数式接口。可以通过Lambda表达式来创建函数式接口的对象。

我们来看一个在之前我们就经常使用的Runnable接口,Runnable接口就是一个函数式接口,下面的截图为 Java 源码:

我们看到Runnable接口中只包含一个抽象的run()方法,并且在接口上标注了一个@FuncationInterface注解,此注解就是 Java 8 新增的注解,用来标识一个函数式接口。

2. 为什么需要函数式接口

学习了这么久的 Java,我们对 Java 是纯种的面向对象的编程语言这一概念,可能有了一定的感触,在 Java 中,一切皆是对象。但是随着Pythonscala等语言的兴起,函数式编程的概念得到开发者们的推崇,Java 不得不做出调整以支持更广泛的技术要求。

在面向函数编程的语言中,Lambda表达式的类型就是函数,但是在 Java 中,Lambda表达式的类型是对象而不是函数,他们必须依赖于一种特别的对象类型——函数式接口。所以说,Java 中的Lambda表达式就是一个函数式接口的对象。我们之前使用匿名实现类表示的对象,都可以使用Lambda表达式来表示。

3. 自定义函数式接口

想要自定义一个函数式接口也非常简单,在接口上做两件事即可:

  1. 定义一个抽象方法:注意,接口中只能有一个抽象方法;
  2. 在接口上标记@FunctionalInterface注解:当然也可以不标记,但是如果错写了多个方法,编辑器就不能自动检测你定义的函数式接口是否有问题了,所以建议还是写上吧。
/**
 * 自定义函数式接口
 * @author colorful@TaleLin
 */
@FunctionalInterface
public interface FunctionalInterfaceDemo {

    void run();

}

由于标记了@FunctionalInterface注解,下面接口下包含两个抽象方法的这种错误写法,编译器就会给出提示:

4.创建函数式接口对象

在上面,我们自定义了一个函数式接口,那么如何创建它的对象实例呢?

我们可以使用匿名内部类来创建该接口的对象,实例代码如下:

/**
 * 测试创建函数式接口对象
 * @author colorful@TaleLin
 */
public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        // 使用匿名内部类方式创建函数式接口
        FunctionalInterfaceDemo functionalInterfaceDemo = new FunctionalInterfaceDemo() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("匿名内部类方式创建函数式接口");
            }
        };
        functionalInterfaceDemo.run();
    }

}

运行结果:

匿名内部类方式创建函数式接口

现在,我们学习了Lambda表达式,也可以使用Lambda表达式来创建,这种方法相较匿名内部类更加简洁,也更推荐这种做法。实例代码如下:

/**
 * 测试创建函数式接口对象
 * @author colorful@TaleLin
 */
public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        // 使用 Lambda 表达式方式创建函数式接口
        FunctionalInterfaceDemo functionalInterfaceDemo = () -> System.out.println("Lambda 表达式方式创建函数式接口");
        functionalInterfaceDemo.run();
    }

}

运行结果:

Lambda 表达式方式创建函数式接口

当然,还有一种更笨的方法,写一个接口的实现类,通过实例化实现类来创建对象。由于比较简单,而且不符合我们学习函数式接口的初衷,这里就不再做实例演示了。

5. 内置的函数式接口介绍

通过上面一系列介绍和演示,相信对于函数式接口的概念和使用,你已经烂熟于心了。但是只知道这些还不够用,下面的内容才是本小节的重点,Java 中内置了丰富的函数式接口,位于java.util.function包下,学习这些函数式接口有助于我们理解 Java 函数式接口的真正用途和意义。

Java 内置了 4 个核心函数式接口:

  1. Comsumer<T>消费型接口: 表示接受单个输入参数但不返回结果的操作,包含方法:void accept(T t),可以理解为消费者,只消费(接收单个参数)、不返回(返回为 void);
  2. Supplier<T>供给型接口:表示结果的供给者,包含方法T get(),可以理解为供给者,只提供(返回T类型对象)、不消费(不接受参数);
  3. Function<T, R>函数型接口:表示接受一个T类型参数并返回R类型结果的对象,包含方法R apply(T t)
  4. Predicate<T>断言型接口:确定T类型的对象是否满足约束,并返回boolean值,包含方法boolean test(T t)

我们在 Java 的 api 文档中可以看到有一些方法的形参,会出现上面几类接口,我们在实例化这些接口的时候,就可以使用Lambda表达式的方式来实例化。

我们下面看几个实例,消费型接口使用实例:

实例演示
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import java.util.function.Consumer;

/**
 * Java 内置4大核心h函数式接口 —— 消费型接口
 * Consumer<T> void accept(T t)
 * @author colorful@TaleLin
 */
public class FunctionalInterfaceDemo1 {

    public static void main(String[] args) {
        Consumer<String> consumer = s -> System.out.println(s);
        consumer.accept("只消费,不返回");
    }

}
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运行结果:

只消费,不返回

供给型接口使用实例:

实例演示
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import java.util.function.Consumer;
import java.util.function.Supplier;

/**
 * Java 内置4大核心h函数式接口 —— 供给型接口
 * Supplier<T> T get()
 * @author colorful@TaleLin
 */
public class FunctionalInterfaceDemo2 {

    public static void main(String[] args) {
        Supplier<String> supplier = () -> "只返回,不消费";
        String s = supplier.get();
        System.out.println(s);
    }

}
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运行结果:

只返回,不消费

下面我们使用断言型接口,来实现一个根据给定的规则,来过滤字符串列表的方法,实例如下:

实例演示
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import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.function.Predicate;

/**
 * Java 内置4大核心函数式接口 —— 断言型接口
 * Predicate<T> boolean test(T t)
 * @author colorful@TaleLin
 */
public class FunctionalInterfaceDemo3 {

    /**
     * 根据 Predicate 断言的结果,过滤 list 中的字符串
     * @param list 待过滤字符串
     * @param predicate 提供规则的接口实例
     * @return 过滤后的列表
     */
    public static List<String> filterStringList(List<String> list, Predicate<String> predicate) {
        // 过滤后的字符串列表
        ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<>();
        for (String string: list) {
            if (predicate.test(string)) {
                // 如果 test 是 true,则将元素加入到过滤后的列表中
                arrayList.add(string);
            }
        }
        return arrayList;
    }

    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<>();
        arrayList.add("Java");
        arrayList.add("PHP");
        arrayList.add("Python");
        arrayList.add("JavaScript");
        System.out.println("过滤前:");
        System.out.println(arrayList);

        List<String> filterResult = filterStringList(arrayList, new Predicate<String>() {
            @Override
            public boolean test(String s) {
                // 返回字符串中是否包含 P
                return s.contains("P");
            }
        });
        System.out.println("过滤后:");
        System.out.println(filterResult);
    }

}
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运行结果:

过滤前:
[Java, PHP, Python, JavaScript]
过滤后:
[PHP, Python]

当然,我们学习了Lambda表达式,在main()方法中就可以不再使用匿名内部类了,改写main()方法中调用filterStringList()方法的代码:

List<String> filterResult = filterStringList(arrayList, s -> s.contains("P"));

上面的实例代码可能有些难以理解,跟着我的节奏来解读一下:

  • 先定义一个方法List<String> filterStringList(List<String> list, Predicate<String> predicate),此方法用于根据指定的规则过滤字符串列表,接收的第一个参数为待过滤列表,第二个参数是一个函数式接口类型的规则,注意,这个参数就是规则的制定者;
  • 再看filterStringList()方法的方法体,方法体内部对待过滤列表进行了遍历,会调用Predicate<T>接口下的boolean test(T t)方法,判断每一个字符串是否符合规则,符合规则就追加到新的列表中,最终返回一个新的过滤后的列表;
  • main()方法中,我们调用了上面定义的filterStringList()方法,第一个参数就是待过滤列表,这里的第二个参数,是我们创建的一个断言型接口的对象,其重写的test(String s)方法就是过滤规则关键所在,方法体就是判断s字符串是否包含P字符,并一个 boolean 类型的结果;
  • 理解了第二个参数通过匿名内部类创建对象的方式,再改写成通过Lambda表达式的方式创建对象,就不难理解了。

上面我们介绍了核心的内置函数式接口,理解了这些接口的使用,其他接口就不难理解了。可翻阅官方文档来查看更多。

6. 小结

通过本小节的学习,我们知道了函数式接口就是只有一个抽象方法的接口,要使用Lambda表达式,就必须依赖函数式接口;自定义函数接口建议使用@FunctionalInterface注解来进行标注,当然如果通过 Java 内置的函数式接口就可以满足我们的需求,就不需要我们自己自定义函数式接口了。本小节的最后,我们通过一个较为复杂的函数式接口实例,实现了一个过滤字符串列表的方法,如果还是不能完全理解,建议同学下面多加练习。