Java 8 新语法习惯 (更轻松的函数式编程)

作为一名 Java 编程语言的开发者,我们早已习惯了使用命令式编程和面向对象对象,因为 Java 从第一个版本开始就是支持这些编程方式。然而在 Java 8 中我们获得了一组强大的新的函数特性和语法。函数式编程已经有十几年的历史,与面向对象的编程方式相比,函数式编程更简洁、更具表达力、更不容易出错,而且更容易并行化。所以在 Java 程序中引入函数特性是非常必要的。函数式编程需要我们对代码的设计方式进行一些改变。

我们学习本次内容之前需要更新我们电脑版本的 JDK 为至少 8 的版本。在本次章节将会解释什么是命令式、声明式、和函数式以及他们之前的区别和共性。最后,将展示如何使用声明式的思考方式过度到函数式编程。

命令式格式

命令式编程的开发人员已经习惯了告诉程序做什么和该如何做。下面是一个简单的示例:

public class FindName {
	static List<String> nList = Arrays.asList("Dory","Gill","张三","赵四","刘能","谢飞机");

	public static void findName(List<String> names) {
		boolean found = false;
		for (String string : names) {
			if (string.equals("赵四")) {
				found = true;
				break;
			}
		}
		if (found) {
			System.out.println("找到了 赵四");
		}else {
			System.out.println("找不到 赵四");
		}
	}

	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		findName(nList);
	}

}

执行结果:

找到了 赵四

findName() 方法首先初始化了一个 found 变量,也称之为垃圾变量。我们通常会随便为这个变量命名。接下来我们回去 names 列表中循环,一次处理一个元素。它检查获得的名称是否与它寻找的值相等。如果是匹配的那么就将 found 变量设置为 true,并结束控制流程。

这是一个命令式编程方式,是我们最熟悉的编程格式。我们需要定义程序中的每一步:迭代的每个元素,比较值,设置变量,跳出循环。命令格式为我们提供了安全的控制权限,这是好的。而另一方面,你需要执行所有的工作。在许多情况下我么可以减少工作量来提高效率。

声明式格式

声明式编程意味着,我们仍然会告诉程序要做什么,但是将实现细节留给底层的函数库。我们重写上面的代码:

public class FindNameTwo {
    static List<String> nList = Arrays.asList("Dory","Gill","张三","赵四","刘能","谢飞机");

	public static void findName(List<String> names) {
		if (names.contains("赵四")) {
			System.out.println("找到了 赵四");
		}else {
			System.out.println("找不到 赵四");
		}
	}

	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		findName(nList);
	}

}

这个版本中没有声明任何垃圾变量。您也没有精力浪费在对集合的处理上,而是使用内置的 contains() 方法来完成工作。我们仍然需要告诉程序要做什么-检查集合是否包含我们要寻找的值。但是却将实现的细节留给了底层的方法。在命令式编程中我们自己控制着迭代,程序需要完全按照要求来操作。在声明式编程中我们不必关心如何工作,只要结果符合预期就可以。花费更少的精力完成同样的效果。

以声明式编程思考,将简化我们向 Java 函数式编程的过度。因为函数式编程是以声明式为基础建立的。

函数式格式

尽管函数式编程始终是声明式的,但是声明式编程并不等于函数式编程。函数式编程是合并了声明式方法和高阶函数的模式。

Java 中的高阶函数

在 Java 中,我们将对象传递给方法,在方法内创建对象,并从方法中返回对象。我们也可以将函数执行同样的操作。也就是说可以将函数传递给方法,在方法内创建函数,并从方法返回函数。

在上下文中,方法是类的一部分。但是方法内的函数而言是本地函数,不能直接与类和对象关联。我们定义:可以接收、创建或返回函数的函数或者方法被视为高阶函数。

函数式编程示例

先来看一个旧的格式的示例,并逐步建立更复杂的程序。

public class UseMap {

	public static void incrementPageVisit(Map<String, Integer> pageVisits, String page) {
	    if(!pageVisits.containsKey(page)) {
	       pageVisits.put(page, 0);
	    }

	    pageVisits.put(page, pageVisits.get(page) + 1);
	}

	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		Map<String, Integer> pageVisits = new HashMap<>();            

	    String page = "https://agiledeveloper.com";

	    incrementPageVisit(pageVisits, page);
	    incrementPageVisit(pageVisits, page);

	    System.out.println(pageVisits.get(page));
	}

}

首先要看的是 incrementPageVisit() 方法,这是一种命令格式编写的。它的作用是递增给定的页面计数,将该计数存储在 Map 中。该方法不知道给定页面是否有计数,所以会首先检查是否存在计数。如果不存在就插入一个 0 作为该页面的计数。然后递增它,并将新值存储在 Map 中。

声明式编程要求我们将此方法从如何做转变为做什么。当调用 incrementPageVisit() 方法时,我们希望递增计数。这就是做什么。

声明式编程我们应该扫描 JDK 库,查找 Map 接口是否有可以完成我们目标的方法。事实证明 merge() 方法能实现我们的目标。我们来修改 incrementPageVisit() 方法。但是本例我们并没有采用更加智能的声明式格式编程;因为 merge() 是一个高阶函数。

public static void incrementPageVisit(Map<String, Integer> pageVisits, String page) {
		pageVisits.merge(page, 1, (oldValue, value) -> oldValue + value);
	}

merge() 的第一个参数是 page:表示该键的值应该更新。第二个参数是分配给该键的初始值,如果 Map 中不存在该键初始化为 1。第三个参数是一个拉姆表达式,接收 map 中这个键的值作为参数。并且把这个参数做为变量传递给第二个参数。这个拉姆表达式返回的是它的参数的和,实际上就是递增的计数。

比较 incrementPageVisit() 的一行代码与上面示例的多行代码。使用 merge() 编程就是一个函数式编程的示例。由此看到理解声明式方法有助于我们理解函数式编程。(声明式方法加高阶函数)

总结

在 Java 程序中使用函数式方法和语法有很多好处:代码简介、更富与表达、不易出错、更容易并行而且通常比面向对象的代码更容易理解。函数式编程尽管没有那么直观,但是我们可以关注程序实现的目的而不是关注程序实现的方式。通过允许底层函数库管理执行代码,我们将逐步直观的了解高阶函数,它是函数式编程的构建基块。

文章学习地址:

感谢 Venkat Subramaniam 博士

Venkat Subramaniam 博士站点:http://agiledeveloper.com/

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