函數式編程 · Java新特性

2014年Java8發布，新功能是自Java1.0發布18年來最大變化的。沒有去除任何API，我們仍然能兼容以前的代碼，新功能中提供了更多的語法和設計，幫助開發者編寫更清楚、簡潔的代碼。 Java8把函數式編程里一些最好的思想融入到大家熟知的Java語法中，讓你用更少的時間寫出高效代碼。 [TOC] # 命令式編程 ***** 一般我們實現一個系統有兩種思考方式，一種專注于如何實現，比如下廚做菜，通常按照自己熟悉的烹飪方法：首先洗菜，然后切菜，熱油，下菜，然后…… 這看起來像是一系列的命令合集。對于這種”如何做”式的編程風格我們稱之為命令式編程，它的特點非常像工廠的流水線、計算機的指令處理，都是串行化、命令式的。 ``` CookingTask cookingTask = new CookingTask(); cookingTask.wash(); cookingTask.cut(); cookingTask.deepFry(); cookingTask.fried(); ``` # 聲明式編程 ***** 還有一種方式你關注的是要做什么，我們如果用lambda和函數式來解決上述問題應該是這樣的： ``` public class CookingDemo { public void doTask(String material, Consumer<String> consumer) { consumer.accept(material); } public static void main(String[] args) { CookingDemo cookingDemo = new CookingDemo(); cookingDemo.doTask("蔬菜", material -> System.out.println("清洗" + material)); cookingDemo.doTask("蔬菜", material -> System.out.println(material + "切片")); cookingDemo.doTask("食用油", material -> System.out.println(material + "燒熱")); cookingDemo.doTask("", material -> System.out.println("炒菜")); } } ``` 這里我們將烹飪的實現細節交給了函數庫，它最大的優勢在于你讀起來就像是在問題陳述，采用這種方式我們很快可以理解它的功能，當你在烹飪流程中添加其他步驟也變得非常簡單，你只需要調用doTask方法將材料傳遞進去處理，比如在食用油燒熱前我要打個雞蛋 ``` cookingDemo.doTask("雞蛋", material -> System.out.println(material + "打碎攪拌均勻")); ``` 而不用再編寫一個處理雞蛋的方法。 # 什么是函數式編程 ***** 對于“什么是函數式編程”這一問題最簡化的回答是“它是一種使用函數進行編程的方式”。每個人的理解都是不同的，其核心是：在思考問題時，使用不可變值和函數，函數對一個值進行處理，映射成另一個值。我們想象一下設計一個函數，輸入一個字符串類型和布爾類型參數，輸出一個整形參數。 ``` int pos = 0; public Integer foo(String str, boolea flag){ if(flag && null != str){ pos++; } return pos; } ``` 這個例子有輸入也有輸出，同時每次調用也可能會更行外部的變量值，這樣的函數我們稱之為是有副作用的函數。在函數式編程的上下文中，一個“函數”對應于一個數學函數：它接受零個或多個參數，生成一個或多個結果，并且不會有任何副作用。你可以把它看成一個黑盒，它接收輸入并產生一些輸出，像下面的函數 ``` public Integer foo(String str, boolea flag){ if(flag && null != str){ return 1; } return 0; } ``` 這種類型的函數和你在Java編程語言中見到的函數之間的區別是非常重要的（我們無法想象，log或者sin這樣的數學函數會有副作用）。尤其是，使用同樣的參數調用數學函數，它所返回的結果一定是相同的。 # 函數的副作用 ***** 當談論“函數式”時，我們想說的其實是“像數學函數那樣——沒有副作用”。由此，編程上的一些精妙問題隨之而來。我們的意思是，每個函數都只能使用函數和像if-then-else這樣的數學思想來構建嗎? 或者，我們也允許函數內部執行一些非函數式的操作，只要這些操作的結果不會暴露給系統中的其他部分？換句話說，如果程序有一定的副作用，不過該副作用不會為其他的調用者感知，是否我們能假設這種副作用不存在呢？調用者不需要知道，或者完全不在意這些副作用，因為這對它完全沒有影響。當我們希望能界定這二者之間的區別時，我們將第一種稱為純粹的函數式編程，后者稱為函數式編程。在編程實戰中我們很難用Java語言以純粹的函數式來完成一個程序的，因為很多老的代碼包括標準庫的函數都是有副作用的（調用Scanner.nextLine就有副作用，它會從一個文件中讀取一行，通常情況兩次調用的結果完全不同）。你希望為你的系統編寫接近純函數式的實現，需要確保你的代碼沒有副作用。假設這樣一個函數或者方法，它沒有副作用，進入方法體執行時會對一個字段的值加一，退出方法體之前會對該字段減一。對一個單線程的程序而言，這個方法是沒有副作用的，可以看作函數式的實現。我們構建函數式的準則是，被稱為“函數式”的函數或方法都只能修改局部變量，除此之外，它引用的對象都應該是final的。所有的引用類型字段都指向不可變對象。