Java 8 习惯用语（7）：函数接口

lambda 表达式的类型是什么？一些语言使用函数值或函数对象来表示 lambda 表达式，但 Java™ 语言没有这么做。Java 使用函数接口来表示 lambda 表达式类型。乍一看似乎有点奇怪，但事实上这是一种确保对 Java 语言旧版本的向后兼容性的有效途径。

您应该非常熟悉下面这段代码：

Thread thread = new Thread(new Runnable() { public void run() { System.out.println(\"In another thread\"); }}); thread.start(); System.out.println(\"In main\");

Thread

类和它的构造函数是在 Java 1.0 中引入的，距今已有超过 20 年的时间。从那时起，构造函数从未改变过。将

Runnable

的匿名实例传递给构造函数已成为一种传统。但是从 Java 8 开始，可以选择传递 lambda 表达式：

Thread thread = new Thread(() -> System.out.println(\"In another thread\"));

关于本系列Java8 是自 Java 语言诞生以来进行的一次最重大更新—包含了非常丰富的新功能，您可能想知道从何处开始着手了解它。在本系列中，作家兼教师Venkat Subramaniam 提供了一种惯用的 Java 8 编程方法：这些简短的探索会激发您反思您认为理所当然的 Java约定，同时逐步将新技术和语法集成到您的程序中。

Thread

类的构造函数想要一个实现

Runnable

的实例。在本例中，我们传递了一个 lambda 表达式，而不是传递一个对象。我们可以选择向各种各样的方法和构造函数传递 lambda表达式，包括在 Java 8 之前创建的一些方法和构造函数。这很有效，因为 lambda 表达式在 Java 中表示为函数接口。

函数接口有 3 条重要法则：

1. 一个函数接口只有一个抽象方法。
2. 在

   Object

   类中属于公共方法的抽象方法不会被视为单一抽象方法。

3. 函数接口可以有默认方法和静态方法。

任何满足单一抽象方法法则的接口，都会被自动视为函数接口。这包括

Runnable

和

Callable

等传统接口，以及您自己构建的自定义接口。

内置函数接口

除了已经提到的单一抽象方法之外，JDK 8 还包含多个新函数接口。最常用的接口包括

Function<T, R>

、

Predicate<T>

和

Consumer<T>

，它们是在

java.util.function

包中定义的。

Stream

的

map

方法接受

Function<T, R>

作为参数。类似地，

filter

使用

Predicate<T>

，

forEach

使用

Consumer<T>

。该包还有其他函数接口，比如

Supplier<T>

、

BiConsumer<T, U>

和

BiFunction<T, U, R>

。

可以将内置函数接口用作我们自己的方法的参数。例如，假设我们有一个

Device

类，它包含方法

checkout

和

checkin

来指示是否正在使用某个设备。当用户请求一个新设备时，方法

getFromAvailable

从可用设备池中返回一个设备，或在必要时创建一个新设备。

我们可以实现一个函数来借用设备，就象这样：

public void borrowDevice(Consumer<Device> use) { Device device = getFromAvailable();   device.checkout();   try { use.accept(device);       } finally { device.checkin(); }}

borrowDevice

方法：

• 接受

  Consumer<Device>

  作为参数。

• 从池中获取一个设备（我们在这个示例中不关心线程安全问题）。
• 调用

  checkout

  方法将设备状态设置为 checked out。

• 将设备交付给用户。

在完成设备调用后返回到

Consumer

的

accept

方法时，通过调用

checkin

方法将设备状态更改为 checked in。

下面给出了一种使用

borrowDevice

方法的方式：

new Sample().borrowDevice(device -> System.out.println(\"using \" + device));

因为该方法接收一个函数接口作为参数，所以传入一个 lambda 表达式作为参数是可以接受的。

自定义函数接口

尽管最好尽量使用内置函数接口，但有时需要自定义函数接口。

要创建自己的函数接口，需要做两件事：

1. 使用

   @FunctionalInterface

   注释该接口，这是 Java 8 对自定义函数接口的约定。

2. 确保该接口只有一个抽象方法。

该约定清楚地表明该接口应接收 lambda 表达式。当编译器看到该注释时，它会验证该接口是否只有一个抽象方法。

使用

@FunctionalInterface

注释可以确保，如果在未来更改该接口时意外违反抽象方法数量规则，您会获得错误消息。这很有用，因为您会立即发现问题，而不是留给另一位开发人员在以后处理它。没有人希望在将 lambda 表达式传递给其他人的自定义接口时获得错误消息。

创建自定义函数接口

作为一个示例，我们将创建一个

Order

类，它有一系列

OrderItem

以及一个转换并输出它们的方法。我们首先创建一个接口。

下面的代码将创建一个

Transformer

函数接口。

@FunctionalInterfacepublic interface Transformer<T> { T transform(T input);}

该接口用

@FunctionalInterface

注释做了标记，表明它是一个函数接口。因为该注释包含在

java.lang

包中，所以没有必要导入。该接口有一个名为

transform

的方法，后者接受一个参数化为

T

类型的对象，并返回一个相同类型的转换后对象。转换的语义将由该接口的实现来决定。

这是

OrderItem

类：

public class OrderItem { private final int id; private final int price;   public OrderItem(int theId, int thePrice) { id = theId; price = thePrice; }   public int getId() { return id; } public int getPrice() { return price; }   public String toString() { return String.format(\"id: %d price: %d\", id, price); }}

OrderItem

是一个简单的类，它有两个属性：

id

和

price

，以及一个

toString

方法。

现在来看看

Order

类。

import java.util.*;import java.util.stream.Stream; public class Order { List<OrderItem> items;   public Order(List<OrderItem> orderItems) { items = orderItems; }   public void transformAndPrint( Transformer<Stream<OrderItem>> transformOrderItems) {   transformOrderItems.transform(items.stream()) .forEach(System.out::println); }}

transformAndPrint

方法接受

Transform<Stream<OrderItem>

作为参数，调用

transform

方法来转换属于

Order

实例的订单项，然后按转换后的顺序输出这些订单项。

这是一个使用该方法的样本：

import java.util.*;import static java.util.Comparator.comparing;import java.util.stream.Stream;import java.util.function.*; class Sample {      public static void main(String[] args) { Order order = new Order(Arrays.asList( new OrderItem(1, 1225), new OrderItem(2, 983), new OrderItem(3, 1554) ));     order.transformAndPrint(new Transformer<Stream<OrderItem>>() { public Stream<OrderItem> transform(Stream<OrderItem> orderItems) { return orderItems.sorted(comparing(OrderItem::getPrice)); } }); }}

我们传递一个匿名内部类作为

transformAndPrint

方法的参数。在

transform

方法内，调用给定流的

sorted

方法，这会对订单项进行排序。这是我们的代码的输出，其中显示了按价格升序排列的订单项：

id: 2 price: 983id: 1 price: 1225id: 3 price: 1554

lambda 表达式的强大功能

在任何需要函数接口的地方，我们都有 3 种选择：

1. 传递一个匿名内部类。
2. 传递一个 lambda 表达式。
3. 在某些情况下传递一个方法引用而不是 lambda 表达式。

传递匿名内部类的过程很复杂，我们只能传递方法引用来替代直通 lambda 表达式。考虑如果我们重写对

transformAndPrint

函数的调用，以使用 lambda 表达式来代替匿名内部类，将会发生什么：

order.transformAndPrint(orderItems -> orderItems.sorted(comparing(OrderItem::getPrice)));

与我们最初提供的匿名内部类相比，这简洁得多且更容易阅读。

自定义函数接口与内置函数接口

我们的自定义函数接口演示了创建自定义接口的优势和不足。首先考虑优势：

• 您可以为自定义接口提供一个描述性名称，帮助其他开发人员修改或重用它。像

  Transformer

  、

  Validator

  和

  ApplicationEvaluator

  这样的名称是特定于领域的，可以帮助读取接口方法的人推断对参数的预期是什么。

• 只要您高兴，可以为抽象方法提供任何具有有效语法的名称。只有接口的接收者会获得此优势，而且仅在传递抽象方法时才会体现出来。传递 lambda 表达式或方法引用的调用方不会获得此优势。
• 您可以在自己的接口中使用参数化的类型，或者让它保持简单并特定于某些类型。在本例中，可以编写

  Transformer

  接口来使用

  OrderItems

  而不是参数化类型

  T

  。

• 您可以编写自定义的默认方法和静态方法，它们可供该接口的其他实现使用。

当然，使用自定义函数接口也存在不足之处：

• 想象创建多个接口，所有接口都有具有相同签名的抽象方法，比如接受

  String

  作为参数并返回

  Integer

  。尽管方法的名称可能有所不同，但它们大部分都是多余的，可替换为一个具有通用名称的接口。

• 任何想要使用自定义接口的人，都必须投入额外的精力来学习、理解和记住它们。所有 Java 程序员都熟悉

  java.lang

  包中的

  Runnable

  。我们一次又一次地看到它，所以可以轻松地记住它的用途。但是，如果我使用了一个自定义

  Executor

  ，您在使用该接口之前必须仔细了解它。在某些情况下，投入一些精力是值得的，但是如果

  Executor

  与

  Runnable

  非常相似，就会浪费精力。

哪种接口最好？

了解自定义函数接口与内置函数接口的优缺点后，如何确定采用哪种接口？我们回顾一下

Transformer

接口来寻找答案。

回想一下，

Transformer

的存在是为了传达将一个对象转换为另一个对象的语义。这里，我们按名称来引用它：

public void transformAndPrint(Transformer<Stream<OrderItem>> transformOrderItems) {

方法

transformAndPrint

接收一个负责执行转换的参数。该转换可能对

OrderItems

集合中的元素进行重新排序。或者，它可能屏蔽每个订单项的部分细节。或者该转换可以决定什么都不做，仅返回原始集合。将实现工作留给调用方。

重要的是，调用方知道它们可以将转换实现作为参数提供给

transformAndPrint

方法。函数接口的名称和它的文档应该提供这些细节。在本例中，从参数名称 (

transformOrderItems

) 也可以清楚了解这些细节，而且它们应包含在

transformAndPrint

函数的文档中。尽管函数接口的名称很有用，但它不是了解函数接口用途和用法的唯一途径。

仔细查看

Transformer

接口，并将它的用途与 JDK 的内置函数接口进行比较，我们看到

Function<T, R>

可以取代

Transformer

。要测试

Transformer

函数接口，可以从代码中删除它并更改

transformAndPrint

函数，就像这样：

public void transformAndPrint(Function<Stream<OrderItem>, Stream<OrderItem>> transformOrderItems) { transformOrderItems.apply(items.stream()) .forEach(System.out::println);}

改动很小 —除了将

Transformer<Stream<OrderItem>>

更改为

Function<Stream<OrderItem>>

、

Stream<OrderItem>>

，我们还将方法调用从

transform()

更改为

apply()

。

对

transformAndPrint

的调用使用了一个匿名内部类，我们还需要更改这一点。但是，我们已更改该调用来使用 lambda 表达式：

order.transformAndPrint(orderItems -> orderItems.sorted(comparing(OrderItem::getPrice)));

函数接口的名称与 lambda 表达式无关—它仅与编译器相关，编译器将 lambda 表达式参数与方法参数联系起来。方法的名称是

transform

还是

apply

，同样与调用方无关。

使用内置的函数接口让我们的接口减少了一个，调用该方法也具有同样功效。我们也没有损害代码的可读性。这个练习告诉我们，我们可以轻松地将自定义函数接口替换为内置接口。我们只需提供

transformAndPrint

的文档（未显示）并采用含义更明确的方式命名该参数。

结束语

将 lambda 表达式设置为函数接口类型的设计决策，有助于在 Java 8 与早期 Java 版本之间实现向后兼容性。可以将 lambda 表达式传递给任何通常接收单一抽象方法接口的旧函数。要接收 lambda 表达式，方法的参数类型应为函数接口。

在某些情况下，创建自己的函数接口是合情合理的，但在这么做时应该小心谨慎。仅在应用程序需要高度专业化的方法时，或者现有接口无法满足您的需求时，才考虑自定义函数接口。请始终检查一个 JDK 的内置函数接口中是否存在该功能。尽量使用内置函数接口。

原作者：Venkat Subramaniam  
原文链接：Java 8 习惯用语
原出处： IBM Developer