Java8 新语法习惯 (函数接口)

了解如何创建自定义函数接口，以及为什么应该尽量使用内置的接口。

lambda 表达式的类型是什么？一些语言使用函数值或函数对象来表示 lambda 表达式，但是 Java 语言没有这么做。Java 使用函数接口来表示 lambda 表达式类型。这其实是一种确保 Java 语言旧版本的向后兼容性的有效途径。

看下面一段代码：

Thread thread = new Thread(new Runnable() {
  public void run() {
    System.out.println("In another thread");
  }
});

thread.start();

System.out.println("In main");

Thread 类和它的构造函数是在 Java 1.0 中引入的，距今已有超过 20 年的时间。从那时起，构造函数就未改变过。将 Runnable 的匿名实例传递给构造函数已经是成为一种传统。但是从 java8 开始，可以选择传递 lambda 表达式：

public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        Thread thread = new Thread(() -> System.out.println("这是一个线程"));
        thread.start();
    }

执行结果：

这是一个线程

这里 Thread 类的构造函数想要一个实现 Runnable 的实例。在本例中我们传递了一个 lambda 表达式，而不是一个对象。实际上我们可以向各种各样的方法和构造函数传递 lambda 表达式，包括在 Java8 之前创建的方法和构造函数。这很有效，因为 lambda 表达式在 Java 中表示为函数接口。

函数接口有三条重要法则：

1. 一个函数接口只有一个抽象方法。
2. 在 Object 类中属于公共方法的抽象方法不会被视为单一抽象方法。
3. 函数接口可以有默认方法和静态方法。

任何满足单一抽象方法法则的接口，都会被自动视为函数接口。这包括 Runnable 和 Callable 等传统的接口，以及您自己构建的自定义接口。

除了已经提到的单一抽象方法之外，JDK 8 还包含多个新函数接口。最常用的接口包括 Function<T, R>、Predicate<T> 和 Consumer<T>，它们是在 java.util.function 包中定义的。Stream 的 map 方法接受 Function<T, R> 作为参数。类似地，filter 使用 Predicate<T>，forEach 使用 Consumer<T>。该包还有其他函数接口，比如 Supplier<T>、BiConsumer<T, U> 和 BiFunction<T, U, R>。

可以将内置函数接口用作我们自己的方法的参数。例如，假设我们有一个 Device 类，它包含方法 checkout 和 checkin 来指示是否正在使用某个设备。当用户请求一个新设备时，方法 getFromAvailable 从可用设备池中返回一个设备，或在必要时创建一个新设备。

我们可以实现一个函数来借用设备:

public void borrowDevice(Consumer<Device> use) {
  Device device = getFromAvailable();

  device.checkout();

  try {
    use.accept(device);      
  } finally {
    device.checkin();
  }
}

• 接受 Consumer<Device> 作为参数。
• 从池中获取一个设备（我们在这个示例中不关心线程安全问题）。
• 调用 checkout 方法将设备状态设置为 checked out。
• 将设备交付给用户。

在完成设备调用后返回到 Consumer 的 accept 方法时，通过调用 checkin 方法将设备状态更改为 checked in。

下面给出了一种使用 borrowDevice 方法的方式：

new Sample().borrowDevice(device -> System.out.println("using " + device));

因为该方法接收一个函数接口作为参数，所以传入一个 lambda 表达式作为参数是可以接受的。

尽管最好尽量使用内置函数接口，但有时需要自定义函数接口。

要创建自定义函数接口，需要做两件事：

1. 使用 @FunctionalInterface 注释该接口，这是 java8 对自定义函数接口的约定。
2. 确保该接口只有一个抽象方法。

该约定清楚的表明该接口接收 lambda 表达式。当编译器看到该注释时，它会验证该接口是否只有一个抽象方法。

使用 @FunctionalInterface 注释可以确保，如果在未来更改接口时意外违反抽象方法数量规则，您会获得错误消息。这是很有用的，因为你会立即发现问题，而不是留给下一个开发人员在以后处理它。没有人希望将在 lambda 表达式传递给其他人的自定义接口时获得错误的消息。

创建自定义函数接口

下面的示例创建一个 Transformer 函数接口：

@FunctionalInterface
public interface Transformer<T> {
  T transform(T input);
}

该接口用 @FunctionalInterface 注释做了标记，表明它是一个函数接口。因为该注释包含在 java.lang 包中，所以没有必要导入。该接口有一个名为 transform 的方法，后者接受一个参数化为 T 类型的对象，并返回一个相同类型的转换后对象。转换的语义将由该接口的实现来决定。

这是 OrderItem 类：

public class OrderItem {
    private final int id;
    private final int price;

    protected OrderItem(int id, int price) {
        super();
        this.id = id;
        this.price = price;
    }

    public int getId() {
        return id;
    }

    public int getPrice() {
        return price;
    }

    @Override
    public String toString() {
        // TODO Auto-generated method stub
        return String.format("id: %d price: %d", id, price);
    }

}

现在来看看 Order 类:

public class Order {
    List<OrderItem> items;

    protected Order(List<OrderItem> items) {
        super();
        this.items = items;
    }
    public void transformAndPrint(Transformer<Stream<OrderItem>> transformOrderItems) {

            transformOrderItems.transform(items.stream())
                               .forEach(System.out::println);
    }
}

transformAndPrint 方法接受 Transform<Stream<OrderItem> 作为参数，调用 transform 方法来转换属于 Order 实例的订单项，然后按转换后的顺序输出这些订单项。

测试这个方法：

public class Sample {

    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        Order order = new Order(Arrays.asList(
                  new OrderItem(1, 1225),
                  new OrderItem(2, 983),
                  new OrderItem(3, 1554)
                ));
        order.transformAndPrint(new Transformer<Stream<OrderItem>>() {

            @Override
            public Stream<OrderItem> transform(Stream<OrderItem> input) {
                // TODO Auto-generated method stub
                return input.sorted(Comparator.comparing(OrderItem::getPrice));
            }
        });
    }

}

测试结果：

id: 2 price: 983
id: 1 price: 1225
id: 3 price: 1554

我们传递一个匿名内部类作为 transformAndPrint 方法的参数。在 transform 方法内，调用给定流的 sorted 方法，这会对订单项进行排序。

lambda表达式的强大功能

在任何需要函数接口的地方，我们都有三种选择：

1. 传递一个匿名内部类。
2. 传递一个 lambda 表达式。
3. 在某些情况下传递一个方法引用而不是 lambda 表达式。

order.transformAndPrint(input -> input.sorted(Comparator.comparing(OrderItem::getPrice)));

与我们最初提供的匿名内部类相比，这简洁得多且更容易阅读。

我们上边演示了自定义函数接口，那么自定义函数接口有什么优势和不足呢？

首先优势：

• 您可以为自定义接口提供一个描述性名称，帮助其他开发人员修改或重用它。
• 只要您高兴，可以为抽象方法提供任何具有有效语法的名称。只有接口的接收者会获得此优势，而且仅在传递抽象方法时才会体现出来。传递 lambda 表达式或方法引用的调用不会获得此优势。
• 您可以在自己的接口中使用参数化的类型，或者让它保持简单并特定于某些类型。
• 您可以编写自定义的默认方法和静态方法，它们可供该接口的其他实现使用。

自定义接口的不足：

• 想创建多个接口，所有接口都具有相同签名的抽象方法，比如接受 String 作为参数并返回 Integer。尽管方法的名称可能有所不同，但它们大部分都是多余的，可替换为一个具有通用名称的接口。

• 任何想要使用自定义接口的人，都必须投入额外的精力来学习、理解和记住它们。

了解了自定义函数接口与内置函数接口的优缺点之后，那么我们该如何采用那种接口呢？我们回顾一下 Transformer 接口。

public void transformAndPrint(Transformer<Stream<OrderItem>> transformOrderItems) {

方法 transformAndPrint 接收一个负责执行转换的参数。该转换可能对 orderItems 集合中的元素进行重新排序。或者，它可能屏蔽每个订单项的部分袭击。或者什么也不做。我们将具体的实现留给调用者。

重要的是，调用方知道它们可以将转换实现作为参数提供给 transformAndPrint 方法。函数接口的名称和它的文档应该提供这些细节。在本例中，从参数名称 (transformOrderItems) 也可以清楚了解这些细节，而且它们应包含在 transformAndPrint 函数的文档中。尽管函数接口的名称很有用，但它不是了解函数接口用途和用法的唯一途径。

仔细查看 Transformer 接口，并将它的用途与 JDK 的内置函数接口进行比较，我们看到 Function<T, R> 可以取代 Transformer。

public void transformAndPrint(Function<Stream<OrderItem>, Stream<OrderItem>> transformOrderItems) {
          transformOrderItems.apply(items.stream())
                             .forEach(System.out::println);
    }

对 transformAndPrint 的调用使用了一个匿名内部类，我们还需要更改这一点。但是，我们已更改该调用来使用 lambda 表达式：

order.transformAndPrint(orderItems -> orderItems.sorted(comparing(OrderItem::getPrice)));

我们看到我们同样可以用方法引用或者 lambda 表达式去调用，函数接口的名称与 lambda 表达式无关，它仅与编译器有关，编译器将 lambda 表达式参数与方法参数联系起来。方法名称是 transform 还是 apply 同样与调用方无关。

使用内置的函数接口让我们的接口减少了一个，调用该方法也具有同样功效。我们也没有损害代码的可读性。

将 lambda 表达式设计为函数接口类型的设计策略，有助于 Java 向早期的版本进行兼容。可以将 lambda 表达式传递给任何通常接收单一抽象方法接口的旧函数。要接收 lambda 表达式，方法的参数类型应为函数接口。

在某些情况下，创建自己的函数接口是合情合理的，但在这么做时应该小心谨慎。仅在应用程序需要高度专业化的方法时，或者现有接口无法满足您的需求时，才考虑自定义函数接口。请始终检查一个 JDK 的内置函数接口中是否存在该功能。尽量使用内置函数接口。