引言

近年来，Oracle 将 JDK 的更新周期缩短为半年。JDK 的每次更新都带来了新特性，如 JDK 9 的模块化、JDK 10 的局部变量类型推断、JDK 11 的增强版 HttpClient 、JDK 12 的优化版 switch、JDK 13 的文本块、JDK14 的打包工具等。不得不说，这些新特性惹人跃跃欲试。然而，大部分的 Java 项目仍运行在 JDK 8 上，所以学好 Java 8 才是王道。接下来给大家介绍 Java 8 的一项新特性：函数式接口。

函数式接口的定义

函数式接口是只包含一个抽象方法的接口，该抽象方法的签名称作函数式接口的函数描述符。假如函数式接口的函数描述符为 ()->void ，则该接口包含的抽象方法的入参、出参皆为空。

Java 中许多常见的接口都属于函数式接口，如 Runnable 、 Callable 、 Comparator 等。下面是 Runnable 接口的定义。由于它只有一个名为 run 的抽象方法，所以属于函数式接口。

@FunctionalInterface
public interface Runnable {
    public abstract void run();
}

复制代码

编译器会根据接口的结构自行判断它是否为函数式接口（判断过程并非简单地计算接口包含多少方法，因为接口可能包含超类方法、静态方法或默认方法），但还是建议使用 @FunctionalInterface 注解来声明一个接口是函数式接口：编译器会验证该注解标记的接口是否满足函数式接口的定义。该注解的作用与 @Override 相似：既增加了代码的可读性，又能强制编译器对被标注的内容进行检查。

函数式接口的作用

谈及 Java 8 ，很多人会想到函数式编程。在函数式编程风格的程序中，除了基本类型和对象引用外，方法也可以作为“一等值”来传递。通过函数式接口和 lambda 表达式的配合使用，Java 实现了传递方法。

函数式接口和 lambda 表达式是如何实现传递方法的？首先探讨一个问题：对于给定的 lambda 表达式，它的类型是什么？答案是：编译器通过上下文所期待的类型（该类型被称作目标类型）来推导 lambda 表达式类型。也就是说，同样的表达式可以拥有不同的类型。在下述代码中，同样的 lambda 表达式分别是 Callable 、 PrivilegedAction 的实例。

Callable c = () -> "done";
PrivilegedAction a = () -> "done";

复制代码

lambda 表达式只能出现在目标类型为函数式接口的上下文中：lambda 表达式是函数式接口的一个实例。如果方法的形参中存在函数式接口，则可以将 lambda 表达式作为方法的实参。由于 lambda 表达式实现了函数式接口包含的抽象方法，则传递 lambda 表达式就是在传递方法。

根据 Runnable 接口的定义，它的实例应该是一个入参、出参皆为空的 lambda 表达式。因此下面的代码是有效的，该代码将打印“Hello world”。

public void process(Runnable runnable){
    runnable.run();
}
process(()-> System.out.println("Hello world"));

复制代码

函数式接口的分类

java.util.function 中定义了许多新的函数式接口，它们可分为四类： Predicate 、 Supplier 、 Consumer 、 Function 。此外还有五类常见的变种： BiPredicate 、 BiConsumer 、 BiFunction 、 UnaryOperator 、 BinaryOperator 。

断言型接口 Predicate

Predicate 有一个名为 test 的抽象方法，该方法接收泛型 T ，返回 boolean 。

@FunctionalInterface
public interface Predicate {
    boolean test(T t);
}

复制代码

下面的 getBoolean 方法形参为一个 Predicate 和一个 Integer 。调用该方法时，传入的 lambda 表达式会判断传入的 Integer 是否大于 7，所以代码将打印"true"。

public boolean getBoolean(Predicate predicate, Integer num){
    return predicate.test(num);
}
System.out.println(getBoolean(x->x>7,9));

复制代码

供给型接口 Supplier

Supplier 有一个名为 get 的抽象方法，该方法不接收参数，返回一个泛型 T 。

@FunctionalInterface
public interface Supplier {
    T get();
}

复制代码

下面的 produceData 方法形参为 Supplier 。调用该方法时，传入的 lambda 表达式会返回"Produce data!"，所以代码将打印"Produce data!"。

public String produceData(Supplier supplier){
    return supplier.get();
}
System.out.println(produceData(()->"Produce data!"));

复制代码

消费型接口 Consumer

Consumer 有一个名为 accept 的抽象方法，该方法接收一个泛型 T ，没有返回值。

@FunctionalInterface
public interface Consumer {
    void accept(T t);
}

复制代码

下面的 consumeData 方法形参为一个 Consumer 和一个 String 。调用该方法时，传入的 lambda 表达式会打印传入的 String ，所以代码将打印"Consume data!"。

public void consumeData(Consumer consumer, String str){
    consumer.accept(str);
}
consumeData(i-> System.out.println(i),"Consume data!");

复制代码

转换型接口 Function

Function 有一个名为 apply 的抽象方法，它接收一个泛型 T ，并返回一个泛型 R 。

@FunctionalInterface
public interface Function {
    R apply(T t);
}

复制代码

下面的 transformData 方法形参为一个 Function 和一个 String 。调用该方法时，传入的 lambda 表达式会返回传入的 String 的长度，所以代码将打印"5"。

public Integer transformData(Function function, String str){
    return function.apply(str);
}
System.out.println(transformData(s->s.length(), "Hello"));

复制代码

常见的变种

Predicate 、 Consumer 、 Function 的入参数目变为两个，就出现了 BiPredicate 、 BiConsumer 、 BiFunction 。 Function 的参数 T 、 R 两者类型相同时表示为 UnaryOperator ； BiFunction 的参数 T 、 U 、 R 三者类型相同时表示为 BinaryOperator 。

函数式接口的原始类型特化

由于泛型只能绑定到引用类型，出现了装箱、拆箱的操作。装箱会把原始类型包裹后保存在堆中，因此需要更多的内存。通过函数式接口的原始类型特化，避免了出入参为原始类型时的装箱。

比如 IntPredicate 接口就是 Predicate 的一种原始类型特化，它的定义如下。

@FunctionalInterface
public interface IntPredicate {
    boolean test(int value);
}

复制代码

下面的 getBoolean 方法时使用了 IntPredicate 接口，调用该方法时就避免了装箱，代码将打印“true"。

public boolean getBoolean(IntPredicate predicate, int arg){
   return predicate.test(arg);
}
System.out.println(getBoolean(i->i%2==0, 20));

复制代码

如果要对输入参数进行原始类型特化，则在原名称前加上原始类型，如 DoubleConsumer 。如果要对输出参数进行原始类型特化，则在原名称前加上字符串”To“和原始类型，如 ToDoubleFunction 。

总结

函数式接口是只包含一个抽象方法的接口，该抽象方法的签名称作函数式接口的函数描述符。编译器会根据接口的结构判断它是否为函数式接口，但还是建议通过 @FunctionalInterface 注解标记。编译器在读取到该注解后，会强制检查它标注的内容是否符合函数式接口的定义。

lambda 表达式为函数式接口的抽象方法提供实现， 而 lambda 表达式也可以看作函数式接口的一个实例。如果方法的形参中存在函数式接口，则可以将 lambda 表达式作为方法的实参。通过该机制，Java 实现了传递方法。

java.util.function 中定义了许多新的函数式接口，它们可分为四类： Predicate 、 Supplier 、 Consumer 、 Function 。此外还有 BiPredicate 、 BiConsumer 、BiFunction 、 UnaryOperator 、 BinaryOperator 等变种。

原始类型特化可以在参数为原始类型时避免装箱。对入参进行原始类型特化在原名称前加上原始类型，如 DoubleConsumer ；对出参进行原始类型特化在原名称前加上字符串”To“和原始类型，如 ToDoubleFunction 。还可以同时对入参、出参进行原始类型特化，如 IntToDoubleFunction 。

附录

Java 8 中的常用函数式接口

参考资料

1. Raoul-Gabriel Urma, Mario Fusco, Alan Mycroft, 《Java 8 in Action》
2. Raoul-Gabriel Urma, Mario Fusco, Alan Mycroft, 《Modern Java in Action》
3. Richard Warburton, 《Java 8 Lambdas: Functional Programming for the Masses》
4. Ralph Lecessi, 《Functional Interfaces in Java: Fundamentals and Examples》