#yyds干货盘点# 更高级别的抽象---函数式思想

休言女子非英物，夜夜龙泉壁上鸣。这篇文章主要讲述#yyds干货盘点# 更高级别的抽象---函数式思想相关的知识，希望能为你提供帮助。
引言
一直以来，java都被认为是一种面向对象的编程语言，“万事万物皆对象”的思想已经深入人心。但随着Java8的发布，一切看起来似乎有些改变。Lambda表达式和Stream的引入，让Java焕发了新的活力，它允许人们可以用函数式编程思维思考问题。本文主要介绍了函数式编程思想在Java中的应用。
指令式还是声明式？
先看一段代码：计算商品价格的最大值。
我们一般会这样实现：

int max = 0; for(int price : prices) if (max < price) max = price;

这就是典型的“指令式”(imperative)写法。它利用计算机的指令或者语法，告诉计算机一步步要做什么。
针对同样的功能，再看看另一种写法：

int max = prices.stream().reduce(0, Math::max);

这段简洁的代码就是“声明式”(declarative)写法。他更像是告诉计算机要实现什么样的功能，而不关注计算机内部如何处理。
如果熟悉软件设计原则的读者会发现，这正是“好莱坞原则”的使用，Tell，Don’t Ask!
用函数式思想实现设计模式
在GoF的经典著作《设计模式》一书中，详细介绍了23种常见的设计模式。细心的读者可能会发现，书名下面还有一行小字：可复用面向对象软件的基础。也就是说它是用面向对象思想实现的。这么多年过去了，对设计模式的争论一直在进行，但这已不再重要，今天让我们以函数式编程的角度重新审视设计模式。
命令模式命令模式一般会对命令进行封装，对外提供接口供使用者调用。
先看一个例子：扫地机器人可以执行直行、左转、右转等指令操作。
先定义指令接口和实现类：

// 命令接口 public interface Command void execute(); // 前进命令实现 public class forward implements Command public void execute() System.out.println("go forward"); // 右转命令实现 public class Right implements Command @Override public void execute() System.out.println("go right");

下面实现机器人：

public class Robot public static void move(Command... commands) for (Command command : commands) command.execute(); public static void main(String[] args) Robot.move(new Forward(), new Right());

虽然功能实现了，但有一个问题就是：创建的类太多！
业务逻辑本来是要关注的焦点，但却被淹没在过多的类实现中。
我们看看函数式编程怎么实现？
因为Command接口中的execute()是一个无入参和无返回结果的方法，这让我们很自然的想起了Java内置的函数式接口Runnable，它也有一个同样签名的run()方法。虽然Runnable接口本来是用在多线程处理中的，但这里我们取巧的用在函数式编程中。
首先我们把Robot类的move()方法的入参替换为Runnable接口：

public static void flexibleMove(Runnable... commands) Stream.of(commands).forEach(Runnable::run);

【#yyds干货盘点# 更高级别的抽象---函数式思想】这样一来，我们只需要在类方法中实现命令就可以了。

public static void forward() System.out.println("go forward"); public static void right() System.out.println("go right");

调用就变成了：

Robot.flexibleMove(Robot::forward, Robot::right);

这种实现减少了很多命令实现类，把焦点更多放在业务逻辑上。
策略模式策略模式可以通过注入不同的实现策略，从而实现接口和实现的分离。
先看一个用面向对象思想实现的策略模式：对文本设置不同的格式化策略，从而进行不同的输出。
下面是代码实现：
定义文本编辑器类，构造函数实现默认格式化策略，也可以通过方法设置其他的格式化策略，

public class Editor private Formatter formatter; private String text; public Editor(String text) this.text = text; this.formatter = new DefaultFormatter(); public void setFormatter(Formatter formatter) this.formatter = formatter; public String output() return formatter.format(text);

各种策略的实现：

// 默认实现策略，也即原文本输出 public class DefaultFormatter implements Formatter @Override public String format(String text) return text; // 转成大写输出策略 public class UppercaseFormatter implements Formatter @Override public String format(String text) return text.toUpperCase();

客户端调用：

String text = "Hello, World"; Editor editor = new Editor(text); String defaultText = editor.output(); editor.setFormatter(new UppercaseFormatter()); String upperText = editor.output();

这是标准的策略模式实现，我们再看看如何用函数式的方式实现？
从formatter的format方法看入参和返回结果都是String类型，自然会想到Java内置的函数式接口UnaryOperator。
下面是代码的实现：
文本类:

public class EditorPlus private String text; private UnaryOperator< String> formatter; public EditorPlus(String text) this.text = text; this.formatter = s -> s; public void setFormatter(UnaryOperator< String> formatter) this.formatter = formatter; public String output() return formatter.apply(text);

客户端调用：

EditorPlus editor = new EditorPlus("Hello, World"); String defaultText = editor.output(); editor.setFormatter(String::toUpperCase); String upperText = editor.output();

formatter的类型变成了UnaryOperator，这样默认实现就可以写成Lambda表达式：s-> s，其他的格式化策略也都可以用Lambda表达式实现，不再需要写那么多的策略实现类了。
装饰模式装饰模式可以在不改变原组件行为的基础上增加新的特性，特性本身也就是可以叠加的。
先看一个使用面向对象思想实现的需求：给相机增加滤镜功能，滤镜可以有多个。
先定义一个设备接口, 只包含获取颜色的方法：

public interface Equipment Color getColor();

再定义相机类，实现了设备接口：

public class Camera implements Equipment private Color color; public Camera(Color color) this.color = color; @Override public Color getColor() return this.color;

我们再定义一个滤镜的抽象类，也实现了设备接口：

public abstract class FilterDecorator implements Equipment protected Equipment equipment; public FilterDecorator(Equipment equipment) this.equipment = equipment; public abstract Color getColor();

接着定义两个滤镜：变亮和变暗，继承滤镜抽象类。

public class BrighterFilter extends FilterDecorator public BrighterFilter(Equipment equipment) super(equipment); @Override public Color getColor() return equipment.getColor().brighter(); public class DarkerFilter extends FilterDecorator public DarkerFilter(Equipment equipment) super(equipment); @Override public Color getColor() return equipment.getColor().darker();

客户端的调用为：

Equipment decoratedCamera = new DarkerFilter( new BrighterFilter( new Camera(new Color(155, 120, 30)))); decoratedCamera.getColor()

这段代码实现的中规中矩，让我们再看看如何用函数式的方式实现：
这里的滤镜功能是把一个Color转成另一个Color，所以很自然想到了Java自带的函数式接口Function。它有一个compose方法可以实现方法的组合。
下面看代码的实现：

public class Camera private Color color; private Stream< Function< Color, Color> > filterStream; public Camera(Color color, Function< Color, Color> ... filters) this.color = color; this.filterStream = Stream.of(filters); public Color getColor() Function< Color, Color> composedFilter = filterStream.reduce( (filter, next) -> filter.compose(next)) .orElse(color -> color); return composedFilter.apply(this.color);

Camera的输入由原有的Equipment接口，变成了Function列表。并且内部用reduce()结合compose()方法实现特性的累加。代码简化了很多。
最后再看看客户端调用：

Camera camera = new Camera(new Color(155, 120, 30), Color::brighter,Color::darker); camera.getColor();

通过方法引用，让代码进一步简化。
从上述三个模式的函数式实现可以看出，使用函数式的方式可以大幅减少类的数量，代码也更精简，语义也更明确。
设计连贯接口
连贯接口(Fluent Interface)是内部DSL一种常用的设计手法。它通常采用Builder设计模式让方法返回this对象，这样方法就能像链一样调用，形成连贯接口。
先看一个连贯接口的例子：
设计一个邮件发送功能，包括发送地址，目的地址，收件人，标题，主题等。

// 定义一个邮件发送builder public class MailBuilder public MailBuilder from(final String address) return this; public MailBuilder to(final String address) return this; public MailBuilder subject(final String line) return this; public MailBuilder body(final String message) return this; public void send()System.out.println("sending...");

客户端调用为：

new MailBuilder() .from("ding.yi@zte.com.cn") .to("wxcop@zte.com.cn") .subject("article") .body("fp in java") .send();

这就是我们常见的连贯接口的使用方式。但它也有两个小问题：

new的方式让连贯接口的可读性降低。
这还是“指令式”的写法，先构造邮件体，再发送邮件。更好的语义是mailer.send(mail)的方式。

那能不能做到这两点呢？使用函数式接口是可以做到的。
在Java内置的函数式接口中，有一个叫Consumer的接口，可以用来接收参数进行消费，这和我们的意图正好相符。
代码实现如下：

public class Mailer private Mailer() public Mailer from(final String address)return this; public Mailer to(final String address)return this; public Mailer subject(final String line)return this; public Mailer body(final String message)return this; public static void send(final Consumer< Mailer> block) final Mailer mailer = new Mailer(); block.accept(mailer); System.out.println("sending...");

从上面的实现可以看出，构造函数变成了私有，send()方法变成了静态的，并且接收一个Consumer类型的block。
这样客户端调用就变成了：

Mailer.send(mail -> mail.from("ding.yi@zte.com.cn") .to("wxcop@zte.com.cn") .subject("article") .body("fp in java"));

这样的代码既保留了连贯接口，也更具有表现力。
使用资源
我们日常开发中经常会对资源进行操作，比如数据库连接，文件操作，锁操作等。这些对资源的操作有一个共性特点：先打开资源，然后对资源进行操作，最后关闭资源。代码通常会这样写：

resource.open(); try doSomethingWith(resource); finally resource.close();

这是一段样板代码，看似简单，但在使用的过程中，总会有粗心的程序员忘记加上finally语句来释放资源，从而导致内存泄露。
那是否有一种方法能在操作完资源后自动关闭资源呢？
利用函数式接口是可以做到的，可以把Consumer接口传递到样板代码中，这样客户端只用关注对资源的操作处理就可以了，关闭操作会自动完成。
代码实现如下：

public static void handle(Consumer< Resource> consumer) Resource resource = new Resource(); try consumer.accept(resource); finally resource.close();

这样在客户端使用的时候，就可以写成：

handle(resource -> doSomethinWith(resource));

这样再也不用担心使用资源后，忘记释放资源了！
延迟加载
延迟加载是函数式编程的一个重要特征，使用得当的话，可以很好的提升软件性能。
下面看一个例子：对一个耗时较长的操作，执行“与”操作。
先看看没有使用延迟加载的效果：

public class Evaluation public static boolean evaluate(final int value) System.out.println("evaluating ..." + value); try TimeUnit.SECONDS.sleep(20); catch (InterruptedException e) e.printStackTrace(); return value > 100; public static void eagerEvaluator(final boolean input1, final boolean input2) System.out.println("eagerEvaluator called..."); System.out.println("accept?: " + (input1 & & input2)); public static void main(String[] args) throws InterruptedException eagerEvaluator(evaluate(1), evaluate(2));

evaluate()操作是一个耗时操作，比如耗时20s，eagerEvaluator()方法传入的是两个布尔结果，在内部进行“与”操作，由于两个evaluate()方法必须都要执行完，所以总的操作时间至少需要40s。
我们知道，Java中的& & 操作是一个短路操作，也就是说，如果第一个条件结果为false，就不再进行后续条件的判断，直接返回false。
我们是否能用上这个特性呢？如果传给evaluate()方法的参数是一个函数式接口，这样它就不会立即执行，而是等到真正调用的时候才执行，从而达到使用短路操作的效果。
下面是代码的实现：

public static void lazyEvaluator(final Supplier< Boolean> input1, final Supplier< Boolean> input2) System.out.println("lazyEvaluator called..."); System.out.println("accept?: " + (input1.get() & & input2.get()));

传给lazyEvaluator()方法的是一个Supplier函数式接口，这样在调用的时候就可以写成：

lazyEvaluator(() -> evaluate(1), () -> evaluate(2));

这样传入的lambda表达式，只有在调用时才执行，由于第一个条件返回false，就执行了短路操作，直接返回了结果。这样操作时间缩短了一半，性能提升明显。
小结
虽然Java引入了函数式编程元素，但也许Java终究不可能成为一门函数式编程语言，但这并不能妨碍我们使用函数式编思维解决问题。世界上的问题终究不是对立的，或许把面向对象和函数式编程结合起来使用，可能会取得意想不到的效果。