Java Function 源码解析与实践

京东云开发者 · 2022年11月29日 · 2185 次阅读

作者：陈昌浩

1 导读

if…else…在代码中经常使用，听说可以通过 Java 8 的 Function 接口来消灭 if…else…！Function 接口是什么？如果通过 Function 接口接口消灭 if…else…呢？让我们一起来探索一下吧。

2 Function 接口

Function 接口就是一个有且仅有一个抽象方法，但是可以有多个非抽象方法的接口,Function 接口可以被隐式转换为 lambda 表达式。可以通过 FunctionalInterface 注解来校验 Function 接口的正确性。Java 8 允许在接口中加入具体方法。接口中的具体方法有两种，default 方法和 static 方法。

@FunctionalInterface
interface TestFunctionService
{
    void addHttp(String url);
}

那么就可以使用 Lambda 表达式来表示该接口的一个实现。

TestFunctionService testFunctionService = url -> System.out.println("http:" + url);

2.1 FunctionalInterface

2.1.1 源码

@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.TYPE)
public @interface FunctionalInterface {}

2.1.2 说明

上图是 FunctionalInterface 的注解说明。通过上面的注解说明，可以知道 FunctionalInterface 是一个注解，用来说明一个接口是函数式接口。函数式接口只有一个抽象方法。可以有默认方法，因为默认方法有一个实现，所以不是抽象的。函数接口的实例可以用 lambda 表达式、方法引用或构造函数引用创建。

FunctionalInterface 会校验接口是否满足函数式接口：

类型必须是接口类型，不能是注释类型、枚举或类。
只能有一个抽象方法。
可以有多个默认方法和静态方法。
可以显示覆盖 java.lang.Object 中的抽象方法。

编译器会将满足函数式接口定义的任何接口视为函数式接口，而不管该接口声明中是否使用 FunctionalInterface 注解。

3 Function 接口主要分类

Function 接口主要分类:

Function：Function 函数的表现形式为接收一个参数，并返回一个值。
Supplier：Supplier 的表现形式为不接受参数、只返回数据。
Consumer：Consumer 接收一个参数，没有返回值。
Runnable：Runnable 的表现形式为即没有参数也没有返回值。

3.1 Function

Function 函数的表现形式为接收一个参数，并返回一个值。

3.1.1 源码

@FunctionalInterface
public interface Function<T, R> {
    R apply(T t);
    default <V> Function<V, R> compose(Function<? super V, ? extends T> before) {
        Objects.requireNonNull(before);
        return (V v) -> apply(before.apply(v));
    }
    default <V> Function<T, V> andThen(Function<? super R, ? extends V> after) {
        Objects.requireNonNull(after);
        return (T t) -> after.apply(apply(t));
    }
    static <T> Function<T, T> identity() {
        return t -> t;
    }
}

3.1.2 方法说明

apply：抽象方法。将此函数应用于给定的参数。参数 t 通过具体的实现返回 R。
compose：default 方法。返回一个复合函数，首先执行 fefore 函数应用于输入，然后将该函数应用于结果。如果任意一个函数的求值引发异常，则将其传递给组合函数的调用者。
andThen：default 方法。返回一个复合函数，该复合函数首先对其应用此函数它的输入，然后对结果应用 after 函数。如果任意一个函数的求值引发异常，则将其传递给组合函数的调用者。
identity：static 方法。返回一个始终返回其输入参数的函数。

3.1.3 方法举例

1）apply

测试代码：

public  String upString(String str){
    Function<String, String> function1 = s -> s.toUpperCase();
    return function1.apply(str);
}
 public static void main(String[] args) {
     System.out.println(upString("hello!"));
 }

通过 apply 调用具体的实现。执行结果：

2）compose

测试代码：

public static void main(String[] args) {
    Function<String, String> function1 = s -> s.toUpperCase();
    Function<String, String> function2 = s -> "my name is "+s;
    String result = function1.compose(function2).apply("zhangSan");
    System.out.println(result);
}

执行结果

如结果所示：compose 先执行 function2 后执行 function1。

3）andThen

测试代码：

public static void main(String[] args) {
    Function<String, String> function1 = s -> s.toUpperCase();
    Function<String, String> function2 = s -> "my name is "+s;
    String result = function1.andThen(function2).apply("zhangSan");
    System.out.println(result);
}

执行结果：

如结果所示：

andThen 先执行 function1 后执行 function2。

identity

测试代码：

public static void main(String[] args) {
    Stream<String> stream = Stream.of("order", "good", "lab", "warehouse");
    Map<String, Integer> map = stream.collect(Collectors.toMap(Function.identity(), String::length));
    System.out.println(map);
}

执行结果:

3.2 Supplier

Supplier 的表现形式为不接受参数、只返回数据。

3.2.1 源码

@FunctionalInterface
public interface Supplier<T> {
    /**
     * Gets a result.
     *
     * @return a result
     */
    T get();
}

3.2.2 方法说明

get：抽象方法。通过实现返回 T。

3.2.3 方法举例

public class SupplierTest {
    SupplierTest(){
        System.out.println(Math.random());
        System.out.println(this.toString());
    }
}
    public static void main(String[] args) {
        Supplier<SupplierTest> sup = SupplierTest::new;
        System.out.println("调用一次");
        sup.get();
        System.out.println("调用二次");
        sup.get();
}

执行结果:

如结果所示：Supplier 建立时并没有创建新类，每次调用 get 返回的值不是同一个。

3.3 Consumer

Consumer 接收一个参数，没有返回值。

3.3.1 源码

@FunctionalInterface
public interface Consumer<T> {
    void accept(T t);
    default Consumer<T> andThen(Consumer<? super T> after) {
        Objects.requireNonNull(after);
        return (T t) -> { accept(t); after.accept(t); };
    }
}

3.3.2 方法说明

accept：对给定参数 T 执行一些操作。
andThen：按顺序执行 Consumer -> after ,如果执行操作引发异常，该异常被传递给调用者。

3.3.3 方法举例

public static void main(String[] args) {
    Consumer<String> consumer = s -> System.out.println("consumer_"+s);
    Consumer<String> after = s -> System.out.println("after_"+s);
    consumer.accept("isReady");
    System.out.println("========================");
    consumer.andThen(after).accept("is coming");
}

执行结果：

如结果所示：对同一个参数 T，通过 andThen 方法，先执行 consumer，再执行 fater。

3.4 Runnable

Runnable：Runnable 的表现形式为即没有参数也没有返回值。

3.4.1 源码

@FunctionalInterface
public interface Runnable {
    public abstract void run();
}

3.4.2 方法说明

run：抽象方法。run 方法实现具体的内容，需要将 Runnale 放入到 Thread 中，通过 Thread 类中的 start() 方法启动线程，执行 run 中的内容。

3.4.3 方法举例

public class TestRun implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("TestRun is running!");
    }
}
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(new TestRun());
        thread.start();
    }

执行结果：

如结果所示：当线程实行 start 方法时，执行 Runnable 的 run 方法中的内容。

4 Function 接口用法

Function 的主要用途是可以通过 lambda 表达式实现方法的内容。

4.1 差异处理

原代码：

@Data
public class User {
    /**
     * 姓名
     */
    private String name;
    /**
     * 年龄
     */
    private int age;
    /**
     * 组员
     */
    private List<User> parters;
}
    public static void main(String[] args) {
        User user =new User();
        if(user ==null ||user.getAge() <18 ){
            throw new RuntimeException("未成年！");
        }
}

执行结果：

使用 Function 接口后的代码：

@FunctionalInterface
public interface testFunctionInfe {
    /**
     * 输入异常信息
     * @param message
     */
    void showExceptionMessage(String message);
}
    public static testFunctionInfe doException(boolean flag){
        return (message -> {
            if (flag){
                throw new RuntimeException(message);
            }
        });
    }
    public static void main(String[] args) {
        User user =new User();
        doException(user ==null ||user.getAge() <18).showExceptionMessage("未成年！");
}

执行结果：

使用 function 接口前后都抛出了指定的异常信息。

4.2 处理 if…else…

原代码:

public static void main(String[] args) {
    User user =new User();
    if(user==null){
        System.out.println("新增用户");
    }else {
        System.out.println("更新用户");
    }
}

使用 Function 接口后的代码：

public static void main(String[] args) {
    User user =new User();
    Consumer trueConsumer = o -> {
        System.out.println("新增用户");
    };
    Consumer falseConsumer= o -> {
        System.out.println("更新用户");
    };
    trueOrFalseMethdo(user).showExceptionMessage(trueConsumer,falseConsumer);
}
public static testFunctionInfe trueOrFalseMethdo(User user){
    return ((trueConsumer, falseConsumer) -> {
        if(user==null){
            trueConsumer.accept(user);
        }else {
            falseConsumer.accept(user);
        }
    });
}
@FunctionalInterface
public interface testFunctionInfe {
    /**
     * 不同分处理不同的事情
     * @param trueConsumer
     * @param falseConsumer
     */
    void showExceptionMessage(Consumer trueConsumer,Consumer falseConsumer);
}

执行结果：

4.3 处理多个 if

原代码：

public static void main(String[] args) {
    String flag="";
    if("A".equals(flag)){
        System.out.println("我是A");
    }else if ("B".equals(flag)) {
        System.out.println("我是B");
    }else if ("C".equals(flag)) {
        System.out.println("我是C");
    }else {
        System.out.println("没有对应的指令");
    }
}

使用 Function 接口后的代码：

public static void main(String[] args) {
    String flag="B";
    Map<String, Runnable> map =initFunctionMap();
    trueOrFalseMethdo(map.get(flag)==null).showExceptionMessage(()->{
        System.out.println("没有相应指令");
    },map.get(flag));
}
public static   Map<String, Runnable> initFunctionMap(){
    Map<String,Runnable> result  = Maps.newHashMap();
    result.put("A",()->{System.out.println("我是A");});
    result.put("B",()->{System.out.println("我是B");});
    result.put("C",()->{System.out.println("我是C");});
    return result;
}
public static testFunctionInfe trueOrFalseMethdo(boolean flag){
    return ((runnable, falseConsumer) -> {
        if(flag){
            runnable.run();
        }else {
            falseConsumer.run();
        }
    });
}

执行结果:

5 总结

Function 函数式接口是 java 8 新加入的特性，可以和 lambda 表达式完美结合，是非常重要的特性,可以极大的简化代码。

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