Lambda表達式，相信大家都耳有所聞，而且不少小伙伴在日常的工作中也在使用。但說到函數式接口，可能有一些即使會使用Lambda表達式的小伙伴也會覺得陌生。今天，指北君就將帶領大家對Lambda、及其所使用的一些和函數式接口相關的知識點進行一個全面的學習。函數式接口所涉及的知識點包含：java.util.function包，@FunctoinInterface注解，Lambda表達式，雙冒號操作符。同時，我們還將對函數式接口的實現原理進行深入的剖析。

概述

函數式接口將分為三個篇章來為大家介紹：

• （應用篇一）（1）函數式接口的來源，（2）Lambda表達式，（3）雙冒號運算符
• （應用篇二）（4）詳細介紹@FunctionInterface注解（5）對java.util.function包進行解讀
• （原理篇）介紹函數式接口的實現原理 應用篇將階段相關的JDK源碼以及給出典型的示例代碼 原理篇則從編譯、JVM維度來分析函數式接口的實現原理，具有一定深度，需要讀者具備一定的底層知識。

說明：源碼使用的版本為JDK-11.0.11

什么是函數式接口

【閱讀導引】：本節為概念性知識，純技術向伙伴可跳過

在分析具體內容之前，指北君帶領大家來對函數式接口做個基本的認知。函數式接口是JAVA語言為引入函數式編程而增加的特性，也即是說函數式接口式Java實現函數式編程的具體方式。那么，函數式編程到底是什么？他和面向對象編程又有什么關系？它能為我們帶來什么？我們又是否真的需要函數式編程？有很多小伙伴，可能和指北君一樣，是以面向對象語言開啟的編程世界的，對于函數式編程其實很陌生。所以，指北君在這里先給大家引薦編程界的三大流派（當然還有別的流派）：過程式，函數式，對象式：

編程范式

函數式編程的思想脫胎于數學理論，也就是我們通常所說的λ演算（λ-calculus）。這也是為什么Java8中引入的函數式編程叫Lambda表達式的原因吧。如同數學中的函數一樣，函數式編程范式中的函數有獨特的特性，也就是通常說的無狀態或引用透明性。一個函數的輸出由且僅由其輸入決定，同樣的輸入永遠會產生同樣的輸出。

函數式編程的定義："函數式編程是一種編程范式。它把計算當成是數學函數的求值，從而避免改變狀態和使用可變數據。它是一種聲明式的編程范式，通過表達式和聲明而不是語句來編程。" 函數式編程的代碼通常更加簡潔，但是不一定易懂。

近年來，隨著多核平臺和并發計算的發展，函數式編程的無狀態特性，在處理這些問題時有著其他編程范式不可比擬的天然優勢。這種發展也就進一步促使了Java引入函數式編程這一特性。

一個簡單示例

指北君先給大家展示一個簡單的函數式編程的示例：

/**
   * 簡單的函數式編程示例
   */
  public static void lambdaDemo1() {
    // 準備測試數據
    Integer[] data = new Integer[] {1, 2, 3};
    List< Integer > list = Arrays.asList(data);
    
    // 簡單示例：轉換單位并打印數據
    list.forEach(x - > System.out.println(String.format("Cents into Yuan: %.2f", x/100.0)));
  }

不熟悉Lambda表達式的小伙伴可能會好奇其中的語句：x -> System.out.println(String.format("Cents into Yuan: %.2f", x/100.0))，這是什么呢？這就是我們的Lambda表達式。通常，我們要訪問List對象，需要通過for、while等控制循環語句，并在循環中完成相關工作。有了函數式編程后，我們就可以使用Lambda表達式來完成對應的功能，是不是很簡潔！小伙伴們可能會奇怪，難道Lambda自動做了循環？當然不是，這里的循環控制并沒有減少，只是在forEach方法中而已。我們打開默認的迭代器forEach實現方法（ArrayList的forEach實現有差異，總體邏輯一致），代碼顯示forEach循環，并在循環中執行參數的函數邏輯。

default void forEach(Consumer< ? super T > action) {
        Objects.requireNonNull(action);
        for (T t : this) {
            action.accept(t);
        }
    }

既然沒有省略控制邏輯，難道我們費這么大的力氣引入這個東東就只是為了簡潔點？指北君畫了一下調用邏輯，參見下圖

從上圖中大家是不是隱約可以看出：這種方式可以將控制部分和業務處理部分進行解耦，業務處理代碼更容易集中。

我們在分析forEach源碼的時候，看到forEach的參數類型為Consumer,打開Consumer源碼（主要接口聲明部分）：

@FunctionalInterface
public interface Consumer< T > {
  ...
}

小伙伴們是不是發現這就是一個簡單的接口，接口使用了@FunctionInterface的接口，這是不是對Lambda表達式使用位置的約束呢？這個問題我們將在接下來的幾個章節給出答案。

Lambda表達式

在示例部分，指北君展示了在Java中如何Lambda進行函數式編程，小伙伴們是不是躍躍欲試想要動手了呢？在動手之前指北君先帶領大家了全面學習Lambda表達式的語法。下面給出幾種常見的Lambda代碼片段（代碼僅截取部分，無上下文）：

() - > System.out.println("demo")
    ...
    list.forEach(x - >  System.out.print(x));
    ...
    map.forEach((x, y) - > {
      System.out.print(x);
      System.out.println(y);
    });
    ...
    (Integer x, String y) - > System.out.println("x: " + x ", y: " + y);

從上面代碼片段，可以看出Lambda表達式是通過->操作符來連接的，左邊為參數部分，右邊為表達式主體。

Lambda表達式語法：

1. (parameters)->expression
2. (parameters)->{statements;}

參數說明：([[type] parameter [, ...]])

• 參數包括在圓括號內，參數數量可以0到多個，多個參數通過逗號“,”分割，例如(x, y)->
• 參數類型可明確聲明，也可以省略，省略時根據上下文進行推斷， 例如：(x)->, (int x)->
• 無參數，直接使用括號，例如：()->
• 一個參數時，且參數類型省略，則括號可以省略 x->

表達式主體：

• 由0到多條語句組成
• 只有一條語句時，語句塊符號“{}”可省略，此時語句的結果將作為返回值，例如：->x*x, ->System.out.print(x)。
• 超過一條語句時，必須使用語句塊符號“{}”包含起來。
• 帶return關鍵字必須用代碼塊，例如：->{return x+x}。

常見的組合形式：

(int a, int b) - > {  return a + b; }

() - > System.out.println("Demo")

(String s) - > { 
  System.out.println(s); 
}

() - > 42

() - > { return 3.1415 };

啟動線程

new Thread(
    () - > System.out.println("start in thread.")
).start();

其他的代碼遵循基本的Java語法，小伙伴們現在就可以大展拳腳，試試通過Lambda表達式進行函數式編程。

雙冒號操作符

經過上一節的實踐，小伙伴們是不是很興奮了，可能有些小伙伴會問，Java類中的的方法也是函數，我可不可以在傳入Lambda表達式的地方傳入普通方法呢？類似下面這種效果：

List< String > list = new ArrayList< String >();
    ...
    list.forEach(xxxMethod());

想法是沒有問題的，但是形式錯誤了，首先xxxMethod()會直接觸發方法執行，并且返回的類型也不匹配forEach方法。那么，正確的形式應該如何寫呢？這就需要我們的雙冒號云算法登場了。雙冒號云算符標準名稱為eta-conversion，有下面四種常用場景

1. 實例方法引用 object::instanceMethod
2. 靜態方法引用 Class::staticMethod
3. 實例方法引用（實例作為參數傳入） Class::instanceMethod
4. 構造方法引用 Class:new

• 無參數：Supplier
• 一個參數：Function
• 二個參數：BiFunction
• 更多：自定義函數接口

示例代碼

public class FunctionInterfaceInvoke {

  public static void main(String[] args) {
    
    // 1-1 構造方法（無參數），編譯會做參數檢查（包含輸入參數和返回值）
    Supplier< FunctionInterfaceInvoke > s = FunctionInterfaceInvoke::new;
    s.get();
    
    //1-2 構造方法（1個參數）
    IntFunction< FunctionInterfaceInvoke > func = FunctionInterfaceInvoke::new;
    func.apply(1);
    
    // 1-3 構造方法（多個參數）
    BiFunction< Integer, Integer, FunctionInterfaceInvoke > func2 = FunctionInterfaceInvoke::new;
    func2.apply(1, 2);
    
    // 2 靜態方法
    Consumer< Integer > sta1 = FunctionInterfaceInvoke::staticMethod;
    sta1.accept(1);
    
    // 3 實例方法
    IntConsumer sta2 = new FunctionInterfaceInvoke()::instanceMethod;
    sta2.accept(2);

  }

  public FunctionInterfaceInvoke() {
    System.out.println("none parameters");
  }
  
  public FunctionInterfaceInvoke(int p1) {
    System.out.println("constructor whith one parameter: " + p1);
  }
  
  public FunctionInterfaceInvoke(Integer p1, Integer p2) {
    System.out.println(String.format("constructor whith 2 parameters %1s, %2s", p1, p2));
  } 
  
  public static void staticMethod(Integer p1) {
    System.out.println("static method:" + p1);
  }
  
  public void instanceMethod(int p1) {
    System.out.println("instance method:"+p1);
  }
}

小結

函數式接口應用篇的第一部分就給大家介紹到這里，本篇我們介紹了什么是函數式編程，一個簡單示例，Lambda表達式詳細說明和雙冒號操作的使用。下一篇我們將會繼續介紹函數式接口的應用，學習 @FunctionInterface注解和java.util.function包中的接口。