Java 帝国之函数式编程(上)

前言:最近看了点Java 函数式编程, 写了个小故事和大家分享下心得,不妥之处,欢迎拍砖

1. 游行示威

Java 帝国成立20多年了,  20多年来帝国给每个程序员都提供了趁手的工具箱, 里边装着面向对象, 自动内存管理,泛型 , 类型安全等强大的工具,

大家用这些工具开发了无数的框架和系统,都夸Java大法好。

(微信公众号“码农翻身”注: 请参考文章《Java 一个帝国的诞生》 《Java帝国之Java Bean(上)》 《Java帝国之Java Bean (下)》)

可以最近出现了一点新情况, 一群函数式编程的狂热份子不停的到总部来游行, 要求帝国向LISP学习, 支持函数式编程, 他们的理由也很充分:

“很多语言都支持函数式编程了,比如 Ruby , Python…

“人家微软的C#很早就支持了…”

“同样是运行在Java 虚拟机上的语言,那些杂牌军Scala , Clojure 都有函数式编程 ,   我们的精锐,中央军Java 怎么就不支持呢?”

这样的声音虽然不是主流,但越来越多也让我不胜其烦, 我把我最得力的助手小码哥叫来商量对策:

“小码, 外边那一群狂热分子叫嚣的函数式编程到底是什么东西?”

“唉, 老大, 其实我也不知道函数式编程的确切定义, 我只知道LISP是函数式编程的鼻祖,并且像LISP这样的语言学习起来很难,和我们的面向对象完全是两个世界, 但奇怪的是很多掌握了LISP的人都无可救药的爱上了她。”

“那它肯定有什么过人之处 !”  我说

“像C,C++,Java, 用他们编程是一种命令式的风格, 告诉计算机如何如何做, 而用LISP编程是一种声明式的风格,就像SQL一样, 只是描述我要什么, 不去具体的描述怎么去做”

“听起来很不错啊 ”   我觉得一门语言能用声明式的方式来编程, 对程序员绝对是福音啊。

“此外, 面向对象编程更多的是对数据进行抽象, 而函数式编程是对行为进行抽象, 在LISP世界里,函数是一等公民, 函数可以当做参数传递给另外一个函数,  函数也可以作为另外一个函数的返回值。”

“只用函数进行编程, 听起来不可思议啊!”

“是啊, 所以如果你学过面向对象的语言,像咱们Java,  再去学LISP, 会感到一片迷茫, 无所适从, 真气浑身乱窜, 好久才能平息下来。 ”

2. 强类型

“那我们能不能学一下Ruby , Python 在咱们Java 中添加一点函数式编程的特性, 至少让这些刁民, 奥不, 狂热分子安静下来? ”

小码想了一会说: “有点难度, 因为Java 有一个特点,就是强类型的。”

“强类型? ,这是什么意思? “我问他

“是啊, 强类型, 简单的说无论任何变量都得有个类型, 并且不能变。”

小码哥没料到我还不知道这个概念, 开始兴致勃勃的给我普及。

”比如你可以声明一个变量

Person p = new Person();

可是如果你想让p指向另外一个对象 :

p = new House();

我们伟大的java编译器立刻就能告诉你错误:  ‘类型不匹配, 不能把House转化成 Person’

强类型的好处是显而易见的, 我们在编译期间就可以消灭大部分的错误,并且还可以在你用IDE编程的时候做出很‘智能’的提示, 帮你自动补全代码。”

“与之相对的就是弱类型,例如在Ruby 中一个变量根本不需要声明类型:

p = Person.new

p = House.new

这是没有任何问题的, 变量p 可以指向任何对象, 但是也丧失了提前发现错误的可能性, 很多错误只能在运行时暴露出来。

def do_something(p)

p.walk(); // 假设walk只是Person独有的方法。

end

系统检查不出来你到底是传递进去一个什么类型的对象,  如果p 指向一个House,  House是不能walk的,  那在运行时就会报错: undefined method `walk’ for #<House:0x00000002f40590>”

“但是弱类型也有好处, 例如

p = Animal.new

这个Animal 也有一个walk()方法。 那在调用do-something方法的时候完全没有问题!   ”

我有点懂了: “是不是说由于Java 是强类型的, 如果想支持函数式编程, 我们也得给这些函数找个类型 ?”

小码哥说: “是啊,不过这有点难度”

”咱们能不能重新的设计下Java 的类型系统 ?“ 我有点不甘心

“肯定不行, 我们Java 帝国为了吸引程序员,并且为了维稳,  曾经对外郑重的承诺过: 帝国要保持向后兼容性,你就是用Jdk 1.1编译的代码, 在我们jdk 8中也能运行, 要是为了函数式编程,改动太大,估计很多程序员就要抛弃我们了。”

“不管如何, 你得想想办法,在Java 中加上函数式编程, 帝国已经这么大了, 再加一点东西也没什么大不了的。”

我给了小码哥三天时间。

3. Lambda 表达式 和 类型推断

过了两天,小码哥就兴冲冲的来找我了: “老大,你看看,我设计出了java 中的Lambda表达式”

我接过纸一看, 上面写着:

“这看起来像是个函数啊? 还起个这么时髦的名字Lambda !”

“对,Lambda可以说就是匿名函数, 我定义的语法是这样的, 箭头(->) 左边是函数的参数列表, 右边是方法体

我看了看, 确实是, 第一个表达式 没有参数,  函数体是打印”Hello Lambda”

第二个函数有一个参数 ,  函数体似乎是把这个参数变成大写字符。

第三个函数有两个参数, 函数体是把两个参数相加

“小码,既然它们是函数, 按照函数式编程风格, 就能把这些函数当做参数传递给另外一些函数了? ”

“那是自然, 我给你举个例子“  小码哥说

例如我们有这么个接口:

还有这么个函数:

现在就可以把“匿名函数”当做参数传递给另外一个函数了

run (s -> s.toUpperCase()) ;

返回值就是大写字符串: HELLO WORLD

如果我们传递进去一个别的Lambda 表达式:

run (s -> s.toLowerCase()) ;

返回值就是小写字符串: hello world

”我有个问题, 上次你说过咱们Java 都是强类型的, 所有的东西都得有类型, 那这个Lambda表达式s -> s.toUpperCase()  的类型是什么? ”

小码哥说: “唉, 为了这个问题, 我可是费劲了, 我搞了个‘类型推断’, 由编译器智能的推断出s -> s.toUpperCase()的类型, 其实在上面的例子中, 这个Lambda表达式的类型就是StringFunction!”

“注意”小码哥接着说, “这个StringFunction 的apply方法接收一个字符串参数, 然后返回另外一个字符串的值。

所以当我们用s -> s.toUpperCase() 去调用的时候, 就会知道 s 就是apply的参数, s.toUpperCase()其实就是这个方法的实现了, 这个方法的返回值也是String ”

“奥,我明白了, 其实就是我们之前的匿名类嘛,我们完全可以这么写“

“对的,本质就是这样, 对于Lambda表达式,我们只是会做更多的类型推断,如果你这么调用 : “

run(s -> s.length());

“那编译就不通过了, 因为这个匿名函数的返回值是int ,  它不符合接口(StringFunction)的方法(apply)的语义, 接受一个字符串, 然后返回一个字符串。 ”

“那个函数接口的方法名称(apply)重要吗?” 我接着问

“不重要, 关键是它的输入类型和返回值, 至于名称,尽可能的好一点吧”

“唉,小码,我有点懂了, 为了维护Java 的强类型, 还得定义一个函数接口, 然后编译器会把这些匿名函数(Lambda表达式) 和这个接口做匹配,  但是你让程序员们定义函数接口, 太麻烦了吧? ”

小码哥不慌不忙 : “这个问题我考虑过了,我已经对咱的JDK做了增强, 特别引入了一个叫java.util.function 的包, 里边现成的函数接口足够大部分人用了”

说着, 小码哥给我展示了一个文档:

(1)   Function函数接口: 传入一个类型为T的参数, 返回一个类型为R 的参数

(2)  Predicate<T> 函数接口  :传入一个类型为T 的参数, 返回boolean

(3)  Consumer<T>函数接口  : 传入一个类型为T的参数,没有返回值, 执行你自定义的操作

例如

s -> s.length()  就可以匹配 (1)

x -> x>5   就可以匹配 (2)

s ->  System.out.println(s)  就可以匹配 (3)

我不仅暗暗赞叹:还是抽象大法好。

“小码,我明白你的苦心, 这些确实都是高度的抽象啊”

“老大, 这是没办法的事啊, 想想我们java 帝国那么多工具,框架, 咱必须得保持向后兼容性啊。 所以一定得坚持强类型, 即使是匿名函数, 也得给它找个类型,即函数接口 !“

“但是有了这么东西还是不够, 似乎没有体现出像SQL那样‘声明式’编程的好处啊? ”

“确实不够, 我们得把类库好好改改, 真正体现函数式编程的特性, 我打算引入一个叫做Stream的概念。”

(未完待续)

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