王爵的技术博客

跟上Java8 - 函数式编程

· biezhi · 跟上Java8 ·

在前面的章节我们快速学习了lambdaStream,本章节中我们来回顾和理解函数式编程的思想。 我们不断的提及函数式这个名词,它指的是lambda吗?如果是这样,采用函数式编程能为你带来什么好处呢?

函数式的思考

命令式编程

一般我们实现一个系统有两种思考方式,一种专注于如何实现,比如下厨做菜,通常按照自己熟悉的烹饪方法:首先洗菜, 然后切菜,热油,下菜,然后…… 这看起来像是一系列的命令合集。对于这种"如何做"式的编程风格我们称之为命令式编程, 它的特点非常像工厂的流水线、计算机的指令处理,都是串行化、命令式的。

CookingTask cookingTask = new CookingTask();
cookingTask.wash();
cookingTask.cut();
cookingTask.deepFry();
cookingTask.fried();
...

声明式编程

还有一种方式你关注的是要做什么,我们如果用lambda和函数式来解决上述问题应该是这样的:

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 + "烧热"));
        cookingDemo.doTask("", material -> System.out.println("炒菜"));
    }
}

这里我们将烹饪的实现细节交给了函数库,它最大的优势在于你读起来就像是在问题陈述,采用这种方式我们很快可以理解它的功能, 当你在烹饪流程中添加其他步骤也变得非常简单,你只需要调用doTask方法将材料传递进去处理,比如在食用油烧热前我要打个鸡蛋

cookingDemo.doTask("鸡蛋", material -> System.out.println(material + "打碎搅拌均匀"));

而不用再编写一个处理鸡蛋的方法。

什么是函数式编程

对于“什么是函数式编程”这一问题最简化的回答是“它是一种使用函数进行编程的方式”。 每个人的理解都是不同的,其核心是:在思考问题时,使用不可变值和函数,函数对一个值进行处理,映射成另一个值。

不同的语言社区往往对各自语言中的特性孤芳自赏。现在谈Java程序员如何定义函数式编程还为时尚早, 但是,这根本不重要!我们关心的是如何写出好代码,而不是符合函数式编程风格的代码。

我们想象一下设计一个函数,输入一个字符串类型和布尔类型参数,输出一个整形参数。

int pos = 0;
public Integer foo(String str, boolea flag){
    if(flag && null != str){
        pos++;
    }
    return pos;
}

这个例子有输入也有输出,同时每次调用也可能会更新外部的变量值,这样的函数我们称之为是有副作用的函数。

在函数式编程的上下文中,一个“函数”对应于一个数学函数:它接受零个或多个参数,生成一个或多个结果,并且不会有任何副作用。 你可以把它看成一个黑盒,它接收输入并产生一些输出,像下面的函数

public Integer foo(String str, boolea flag){
    if(flag && null != str){
        return 1;
    }
    return 0;
}

这种类型的函数和你在Java编程语言中见到的函数之间的区别是非常重要的(我们无法想象,log或者sin这样的数学函数会有副作用)。 尤其是,使用同样的参数调用数学函数,它所返回的结果一定是相同的。这里,我们暂时不考虑Random.nextInt这样的方法,

函数的副作用

当谈论“函数式”时,我们想说的其实是“像数学函数那样——没有副作用”。由此,编程上的一些精妙问题随之而来。 我们的意思是,每个函数都只能使用函数和像if-then-else这样的数学思想来构建吗? 或者,我们也允许函数内部执行一些非函数式的操作,只要这些操作的结果不会暴露给系统中的其他部分? 换句话说,如果程序有一定的副作用,不过该副作用不会为其他的调用者感知,是否我们能假设这种副作用不存在呢? 调用者不需要知道,或者完全不在意这些副作用,因为这对它完全没有影响。

当我们希望能界定这二者之间的区别时,我们将第一种称为纯粹的函数式编程,后者称为函数式编程。

在编程实战中我们很难用Java语言以纯粹的函数式来完成一个程序的,因为很多老的代码包括标准库的函数都是有副作用的 (调用Scanner.nextLine就有副作用,它会从一个文件中读取一行, 通常情况两次调用的结果完全不同)。你希望为你的系统 编写接近纯函数式的实现,需要确保你的代码没有副作用。假设这样一个函数或者方法,它没有副作用,进入方法体执行时会对一个字段的值加一, 退出方法体之前会对该字段减一。对一个单线程的程序而言,这个方法是没有副作用的,可以看作函数式的实现。

我们构建函数式的准则是,被称为“函数式”的函数或方法都只能修改局部变量,除此之外,它引用的对象都应该是final的。 所有的引用类型字段都指向不可变对象。


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