Java8函數之旅（四） --四大函數接口

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前言

  Java8中函數接口有很多,大概有幾十個吧,具體究竟是多少我也數不清,所以一開始看的時候感覺一臉懵逼,不過其實根本沒那么復雜,畢竟不應該也沒必要把一個東西設計的很復雜。

幾個單詞

  在學習了解之前,希望大家能記住幾個單詞,掌握這幾個單詞,什么3，40個官方的函數接口都是小問題了,不信的話接着往下看啦。ok，那這幾個單詞呢分別是supplier 提供者,consumer 消費者,function 函數,operation 運算符,binary 二元（就是數學里二元一次方程那個二元,代表2個的意思）,雙重的

四大基礎函數接口

  函數接口,你可以理解為對一段行為的抽象,簡單點說可以在方法就是將一段行為作為參數進行傳遞,這個行為呢,可以是一段代碼,也可以是一個方法,那你可以想象在java8之前要將一段方法作為參數傳遞只能通過匿名內部類來實現,而且代碼很難看,也很長,函數接口就是對匿名內部類的優化。
  雖然類庫中的基本函數接口特別多,但其實總體可以分成四類,就好像阿拉伯數字是無限多的,但總共就10個基本數字一樣,理解了這4個,其他的就都明白了。

Functio<T,R>接口

   function,顧名思義,函數的意思,這里的函數是指數學上的函數哦,你也可以說是嚴格函數語言中的函數,例如haskell里的,他接受一個參數,返回一個值,永遠都是這樣,是一個恆定的,狀態不可改變的方法。其實想講函數這個徹底將明白可以再開一篇博客了,所以這里不詳細的說了。
   上面說到,函數接口是對行為的抽象,因此我方便大家理解,就用java中的方法作例子。

   Fcuntion接口是對接受一個T類型參數,返回R類型的結果的方法的抽象,通過調用apply方法執行內容。

public class Operation{

/* 
    下面這個方法接受一個int類型參數a,返回a+1,符合我上面說的接受一個參數,返回一個值
    所以呢這個方法就符合Function接口的定義,那要怎么用呢,繼續看例子 
*/
public static final int addOne(int a){
    return a+1;
}

/* 
    該方法第二個參數接受一個function類型的行為,然后調用apply，對a執行這段行為
*/
public static int oper(int a, Function<Integer,Integer> action){
    return action.apply(a);
}

/* 下面調用這個oper方法,將addOne方法作為參數傳遞 */
pulic static void main(String[] args){
    int x = 1;
    int y = oper(x,x -> addOne(x));//這里可以換成方法引用的寫法 int y = oper(x,Operation::addOne)
    System.out.printf("x= %d, y = %d", x, y); // 打印結果 x=1, y=2
    
    /* 當然你也可以使用lambda表達式來表示這段行為,只要保證一個參數,一個返回值就能匹配 */
     y = oper(x, x -> x + 3 ); // y = 4
     y = oper(x, x -> x * 3 ); // y = 3    
}

}

這里的箭頭指向的位置就是形參,可以看到第二個箭頭的Lambda表達式指向了Funtion接口

Consumer 接口

Consumer 接口翻譯過來就是消費者,顧名思義，該接口對應的方法類型為接收一個參數，沒有返回值，可以通俗的理解成將這個參數'消費掉了'，一般來說使用Consumer接口往往伴隨着一些期望狀態的改變或者事件的發生,例如最典型的forEach就是使用的Consumer接口，雖然沒有任何的返回值，但是卻向控制台輸出了語句。
Consumer 使用accept對參數執行行為

    public static void main(String[] args) {
        Consumer<String> printString = s -> System.out.println(s);
        printString.accept("helloWorld!");
        //控制台輸出 helloWorld!
    }

Supplier 接口

Supplier 接口翻譯過來就是提供者,和上面的消費者相反，該接口對應的方法類型為不接受參數，但是提供一個返回值，通俗的理解為這種接口是無私的奉獻者，不僅不要參數，還返回一個值,使用get()方法獲得這個返回值

        Supplier<String> getInstance = () -> "HelloWorld!";
        System.out.println(getInstance.get());
        // 控偶值台輸出 HelloWorld

Predicate 接口

predicate<T,Boolean> 謂語接口，顧名思義，中文中的‘是’與‘不是’是中文語法的謂語，同樣的該接口對應的方法為接收一個參數，返回一個Boolean類型值，多用於判斷與過濾，當然你可以把他理解成特殊的Funcation<T,R>，但是為了便於區分語義，還是單獨的划了一個接口，使用test()方法執行這段行為

    public static void main(String[] args) {
        Predicate<Integer> predOdd = integer -> integer % 2 == 1;
        System.out.println(predOdd.test(5));
	    //控制台輸出 5
    }
    

其他的接口

介紹完正面這四種最基本的接口，剩余的接口就可以很容易的理解了，java8中定義了幾十種的函數接口，但是剩下的接口都是上面這幾種接口的變種，大多為限制參數類型，數量，下面舉幾個例子。

類型限制接口

• 參數類型,例如IntPredicate,LongPredicate, DoublePredicate，這幾個接口，都是在基於Predicate 接口的，不同的就是他們的泛型類型分別變成了Integer,Long,Double, IntConsumer,LongConsumer, DoubleConsumer比如這幾個,對應的就是 Consumer<Integer>,Consumer<Long>,Consumer<Double>,其余的是一樣的道理，就不再舉例子了
• 返回值類型，和上面類似，只是命名的規則上多了一個To,例如IntToDoubleFunction,IntToLongFunction, 很明顯就是對應的Funtion<Integer,Double> 與Fcuntion<Integer,Long>，其余同理，另外需要注意的是，參數限制與返回值限制的命名唯一不同就是To,簡單來說,前面不帶To的都是參數類型限制,帶To的是返回值類型限制，對於沒有參數的函數接口，那顯而易見只可能是對返回值作限制。例如LongFunction<R>就相當於Function<Long,R> 而多了一個To的ToLongFunction<T>就相當於Function<T,Long>，也就是對返回值類型作了限制。

數量限制接口

• 有些接口需要接受兩名參數,此類接口的所有名字前面都是附加上Bi,是Binary的縮寫，開頭也介紹過這個單詞了，是二元的意思，例如BiPredicate,BiFcuntion等等,而由於java沒有多返回值的設定，所以Bi指的都是參數為兩個

Operator接口

• 此類接口只有2個分別是UnaryOperator<T> 一元操作符接口,與BinaryOperator<T>二元操作符接口，這類接口屬於Function接口的簡寫，他們只有一個泛型參數，意思是Funtion的參數與返回值類型相同,一般多用於操作計算，計算 a + b的BiFcuntion如果限制條件為Integer的話 往往要這么寫BiFunction<Integer,Integer,Integer> 前2個泛型代表參數，最后一個代表返回值，看起來似乎是有點繁重了,這個時候就可以用BinaryOperator<Integer>來代替了。

下面是各種類型的接口的示意圖，相信只要真正理解了，其實問題並不大

關於lambda的限制

Java8中的lambda表達式,並不是完全閉包，lambda表達式對值封閉，不對變量封閉。簡單點來說就是局部變量在lambda表達式中如果要使用，必須是聲明final類型或者是隱式的final例如

int num = 123;
Consumer<Integer> print = () -> System.out.println(num);

就是可以的,雖然num沒有被聲明為final，但從整體來看，他和final類型的變量的表現是一致的，可如果是這樣的代碼

int num = 123;
num ++;
Consumer<Integer> print = () -> System.out.println(num);

則無法通過編譯器，這就是對值封閉(也就是棧上的變量封閉)
如果上文中的num是實例變量或者是靜態變量就沒有這個限制。
看到這里，自然而然就會有疑問為什么會這樣？或者說為什么要這么設計。理由有很多，例如函數的不變性，線程安全等等等，這里我給一個簡單的說明

• 為什么局部變量會有限制而靜態變量和全局變量就沒有限制，因為局部變量是保存在棧上的，而眾所周知，棧上的變量都隱式的表現了它們僅限於它們所在的線程，而靜態變量與實例變量是保存在靜態區與堆中的，而這兩塊區域是線程共享的，所以訪問並沒有問題。
• 現在我們假設如果lambda表達式可以局部變量的情況，實例變量存儲在堆中，局部變量存儲在棧上，而lambda表達式是在另外一個線程中使用的，那么在訪問局部變量的時候，因為線程不共享，因此lambda可能會在分配該變量的線程將這個變量收回之后，去訪問該變量。所以說，Java在訪問自由局部變量時，實際上是在訪問它的副本，而不是訪問原始變量。如果局部變量僅僅賦值一次那就沒有什么區別了。
• 嚴格保證這種限制會讓你的代碼變得無比安全，如果你學習或了解過一些經典的函數式語言的話，就會知道不變性的重要性，這也是為什么stream流可以十分方便的改成並行流的重要原因之一。

總結

本篇介紹了四大函數接口和他們引申出的各類接口，終點是對不同種類行為的封裝導致了設計出不同的函數接口，另外在使用函數接口或者lambda表達式的時候，要注意lambda對值封閉這個特性。

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