函数式编程

Java中的函数式编程通过Lambda表达式和Stream API实现了核心概念，包括高阶函数、不可变数据和函数组合。以下是详细的内容：

Java函数式编程原理

1. 函数式编程基础
   • 函数式编程基于数学函数，通过组合函数来处理数据，避免可变状态和副作用。
   • Java通过Lambda表达式和Stream API支持函数式编程，使代码更简洁和高效。
2. 函数式接口
   Java 8 在 java.util.function 包中提供了常用函数式接口：

接口	方法	用途	示例
Supplier	T get()	无参生成值	工厂方法
Consumer	void accept(T t)	消费一个参数	遍历集合元素
Function	R apply(T t)	转换输入为输出	字符串转整数
Predicate<	boolean test(T t)	条件判断	过滤集合元素
BiFunction	R apply(T t, U u)	两个输入参数转换为输出	合并两个字符串

- Java提供了一系列函数式接口，如Consumer、Function、Supplier、Predicate等，作为Lambda表达式的类型。
- 这些接口通常只有一个抽象方法，Lambda表达式能够直接替换匿名类实现，简化代码。

3. Lambda表达式
   • Lambda表达式->用于定义匿名函数，可以传递作为参数或返回。
   • 示例：() -> System.out.println("Hello")和(x) -> x + 1展示了无参和有参的情况。
4. Stream API
   • Stream用于对集合数据进行操作，支持中间操作（如filter、map）和终端操作（如reduce、collect）。
   • 中间操作惰性执行，终端操作触发实际处理，提升效率。

函数式编程的核心概念

1. 不可变数据
   • 数据一旦创建不可修改，通过final变量和防止修改的方法实现。
   • 示例：ImmutableList.of("a", "b")创建不可变列表。
2. 高阶函数
   • 函数作为参数或返回值，增强代码复用。
   • 使用Function接口进行数据转换，如Function f = x -> x.length();。
3. 函数组合
   • 通过compose或andThen方法将函数组合，形成新功能。
   • 示例：Function f = Function.identity().andThen(x -> x + "!");将两个函数组合。

Function<Integer, Integer> multiplyBy2 = x -> x * 2;
Function<Integer, Integer> add3 = x -> x + 3;

Function<Integer, Integer> combined = multiplyBy2.andThen(add3);
System.out.println(combined.apply(5)); // 输出 13 (5*2 +3)

4. 惰性求值
   • 操作延迟执行，直到需要结果，提升处理大数据的效率。

案例详解

1. Lambda表达式与Stream API
   • 使用forEach遍历列表，每个元素转换大写，输出。

List<String> list = Arrays.asList("apple", "banana", "cherry");
// 使用Lambda和Stream的forEach
list.stream()
    .map(String::toUpperCase)  // 转换为大写
    .forEach(System.out::println);  // 输出：APPLE BANANA CHERRY

2. Stream处理数据
   • 过滤大于2的数，转换为流，计算平均值。

int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
// 过滤 >2 的数并计算平均值
OptionalDouble avg = Arrays.stream(numbers)
    .filter(n -> n > 2)
    .average();
System.out.println("平均值: " + avg.orElse(0));  // 输出：平均值: 4.0

3. 函数组合
   • 组合f1和f2，先加上"!“再转大写，结果为"TEST!”。

// 定义两个函数
Function<String, String> addExclamation = s -> s + "!";
Function<String, String> toUpperCase = String::toUpperCase;
// 组合函数：先执行addExclamation，再执行toUpperCase
Function<String, String> combined = addExclamation.andThen(toUpperCase);
String result = combined.apply("test");
System.out.println(result);  // 输出：TEST!

4. 不可变数据结构
   • 使用ImmutableList创建不可变列表，修改时会抛出异常。

// 创建不可变列表
ImmutableList<String> immutableList = ImmutableList.of("A", "B", "C");
try {
    // 尝试修改列表（会抛出UnsupportedOperationException）
    immutableList.add("D");
    } catch (UnsupportedOperationException e) {
    System.out.println("修改不可变列表时抛出异常！");
    }

实战案例

事件监听简化

// 传统写法
button.addActionListener(new ActionListener() {
    @Override
    public void actionPerformed(ActionEvent e) {
        System.out.println("Button clicked");
    }
});

// Lambda 简化
button.addActionListener(e -> System.out.println("Button clicked"));

条件过滤与统计

List<Transaction> transactions = ...;

// 统计2023年大额交易总额（金额>1000）
double total = transactions.stream()
.filter(t -> t.getYear() == 2023)
.filter(t -> t.getAmount() > 1000)
.mapToDouble(Transaction::getAmount)
.sum();

分组与聚合

Map<String, Double> avgScoreBySubject = students.stream()
.collect(Collectors.groupingBy(
    Student::getSubject,
    Collectors.averagingDouble(Student::getScore)
));
// 输出: {Math=85.5, Physics=78.0}

异常处理技巧

List<String> fileContents = files.stream()
.map(file -> {
    try {
        return Files.readString(file.toPath());
    } catch (IOException e) {
        throw new UncheckedIOException(e);
    }
})
.collect(Collectors.toList());

适用场景

1. 集合数据处理：过滤、转换、聚合操作
2. 并发编程：并行流简化多线程开发
3. 回调机制：事件处理、异步编程
4. 策略模式：通过传递不同Lambda实现不同策略

常见误区

1. 过度使用链式调用：超长Stream链降低可读性
2. 误用并行流：小数据集反而降低性能
3. 忽略异常处理：Lambda中需明确处理检查异常
4. 滥用方法引用：复杂逻辑应保持Lambda明确性

对比

特性	命令式编程	函数式编程
代码风格	如何做（How）	做什么（What）
状态管理	可变状态	不可变数据
并行处理	需显式同步	隐式线程安全
代码重用	类继承/组合	函数组合
典型结构	循环/条件分支	流水线操作链

最终建议：

• 在数据处理、异步编程等场景优先考虑函数式风格
• 保持适度原则，与传统OOP结合使用
• 复杂业务逻辑中，可读性优先于简洁性

通过合理运用函数式编程特性，可以显著提升Java代码的简洁性和可维护性，特别是在处理现代大数据量和高并发场景时表现出色。

总结

Java通过函数式接口、Lambda表达式和Stream API支持函数式编程，提升了代码简洁性和效率。函数式编程强调不可变数据和高阶函数，适用于数据处理、并发编程等场景。合理应用这些特性，可以编写更高效、易维护的代码。