Java8中的函数式编程

一、什么是函数式编程

函数式编程是一种编程典范，它的主要思想是把计算封装成不可变的函数，并且避免了改变状态和共享状态。函数式编程不仅仅是一种编程语言的特性，更是一种编程范式，其实现方式主要依靠Lambda表达式和闭包，这种方式使得代码可读性更高，代码量更少。

函数式编程的主要特点如下：

函数是一等公民：函数可以作为参数传递到其他函数中，也可以作为函数的返回值。
纯函数：一个函数的输出结果只与输入参数相关，不受外部环境和状态的影响。
没有副作用：函数执行时不会修改任何外部环境和状态，只返回计算结果。
不可变性：函数的参数和返回值都是不可变的，在使用时需要考虑到这一点。

public class FunctionDemo {
    // 传统的方式
    public static int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }

    // Lambda表达式
    public static Function<Integer, Function<Integer, Integer>> addLambda = a -> b -> a + b;

    public static void main(String[] args) {
        int result1 = add(1, 2);
        int result2 = addLambda.apply(1).apply(2);

        System.out.println(result1);
        System.out.println(result2);
    }
}

二、Lambda表达式

Lambda表达式是Java8中引入的一种函数式编程的语言特性，它可以用来创建匿名函数，可以传递到其他函数中作为参数，使用Lambda表达式可以让代码更加简洁、紧凑、易读，且可以接受更多的函数式编程思想。

Lambda表达式由三个部分组成：一个参数列表、一个箭头符号和一个函数体。参数列表可以是一个或多个参数，函数体可以是一条语句或一个块，可以包含任意数量的语句。

// Lambda表达式的例子
(value) -> System.out.println(value)

// 转换成匿名类的例子
new Consumer<Integer>() {
    @Override
    public void accept(Integer value) {
        System.out.println(value);
    }
}

Lambda表达式有以下几种常见的形式：

不带参数： () -> System.out.println("Hello world!")
带一个参数： (str) -> System.out.println(str)
带多个参数： (a, b) -> { int sum = a + b; System.out.println(sum); }
带返回值： (a, b) -> a + b
带参数类型： (int a, int b) -> a + b

三、方法引用

方法引用是一种更加简洁的Lambda表达式的语法形式，它是Lambda表达式的一种语法糖。方法引用可以直接引用已有的方法或构造函数而无需创建新的Lambda表达式，可以使代码更加简洁、易读。

Java8中的方法引用有四种常用的形式：

对象的实例方法： obj::method
类的静态方法： ClassName::method
类的任意对象方法： ClassName::instanceMethod
构造函数： ClassName::new

// 方法引用的例子
stream.map(String::toUpperCase)

// 转换成Lambda表达式的例子
stream.map(str -> str.toUpperCase())

四、Stream API

Stream API是Java8中另一个非常重要的函数式编程的特性，它可以用来处理集合对象，进行过滤、映射、排序等操作，使得代码更加简洁、功能更加强大。

Stream API是基于函数式编程的理念设计的，它主要包括如下几个方面的特性：

惰性求值： 在流的末端操作之前，中间操作不会立即计算，只有在需要结果的时候才会计算。
可链式调用： 流的中间操作可以进行链式调用，方便组合各种操作。
函数表达式参数化： 流的操作方法接收的参数是函数式表达式，允许重写自定义的行为。
并行与顺序： 流中的操作可以采用并行或顺序，提高效率。

List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);

// 过滤，只保留偶数
List<Integer> result1 = list.stream().filter(i -> i % 2 == 0).collect(Collectors.toList());

// 映射，将每个元素转换成2倍
List<Integer> result2 = list.stream().map(i -> i * 2).collect(Collectors.toList());

// 排序
List<Integer> result3 = list.stream().sorted((a, b) -> b - a).collect(Collectors.toList());

System.out.println(result1);
System.out.println(result2);
System.out.println(result3);

五、Optional类型

Optional类型是Java8中引入的一种新的类型，它主要用来解决空指针异常的问题。Optional类型的主要思想是将可能为空的对象包装成Optional对象，可避免空指针异常。

Optional类型的常用方法如下：

of： 将一个非null的值包装到Optional对象中。
empty： 创建一个空的Optional对象。
ofNullable： 将一个可以为null的值包装到Optional对象中。
isPresent： 判断Optional对象是否存在非null的值。
orElse： 如果Optional对象持有非null的值，则返回该值，否则返回orElse方法中的参数。
orElseGet： 如果Optional对象持有非null的值，则返回该值，否则调用orElseGet方法中的Supplier函数式接口。

Optional<String> optional1 = Optional.of("Hello");
Optional<String> optional2 = Optional.empty();

// get方法获取值
System.out.println(optional1.get());

// orElse方法获取值
System.out.println(optional1.orElse("world"));
System.out.println(optional2.orElse("world"));

// orElseGet方法获取值
System.out.println(optional1.orElseGet(() -> "world"));
System.out.println(optional2.orElseGet(() -> "world"));