论函数式编程在JAVA 程序中的应用

连洁

摘要：函数式编程已经成为当前最流行的编程模式之一，根据JAVA8最新标准，介绍了lambda表达式对函数式编程的支持，并探讨了Stream类在应用开发中的使用方式，对lambda表达式的应用模式进行了探讨。

关键词：函数式；Java程序；应用

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）06-0099-02

函数式编程（functional programming）作为当前最流行的编程规范之一，主流语言都对其进行了支持，作为编程领域最重要的JAVA语言，也在最新的JDK8中新增了相关特性，这就是lambda（λ）表达式及Stream类。它使得JAVA语言进一步与当今流行趋势结合，增强了JAVA语言的表现力，拓展了它的应用范围，优化了程序的结构与可读性

1 函数式编程简介

函数式编程（functional programming）是一种编程模式，旨在将运算过程尽量写成一系列嵌套的函数调用。在形式上，函数式编程允许将函数作为参数和返回值；在机制上，函数式编程在执行时进行惰性计算（lazy evaluation）和闭包等技术。最主要的优点是不修改状态，可以将任务随意分解，很好的符合了当前多线程、多处理器编程的趋势。

2 JAVA中的lambda表达式

lambda（λ）表达式是JDK8最大的更新之一，旨在引入函数式编程思想优化JAVA程序。其表达形式如下：

（int even， int odd） -> even + odd

在JDK8 中，使用->符号引起表达式，该符号左边为表达式的参数，右边为表达式的行为。Lambda表达式可使用在多种场合，例如作为参数直接传入某个函数：

button.addActionListemer（event->System.out.println（“button clicked！！”））；

其中button是一个AWT Button 对象，由此我们可以看出，在传统的需要匿名内部类的地方可由lambda表达式代替，另外，传统的函数参数需要一个对象，而引入了lambda表达式之后，则可以将函数作为参数传入，从而在代码上更加简洁。

引入lambda表达式的优点首先体现着对代码的重构上，传统的JAVA程序有一个重要的概念即匿名内部类，这个类在某些只使用一次即销毁的情况下创建，例如常见的为按钮添加事件

button.addActionListener（new ActionListener（） {

public void actionPerformed（ActionEvent event） {

System.out.println（"button clicked"）；}

}）；

但是该代码当中有若干行是纯粹的样板代码，没有任何实际意义，不仅语法冗长，而且破坏了代码的真实意图，而采用lambda表达式改写后，该段代码的目的一目了然，如下所示

button.addActionListener（event->System.out.println（"buttonclicked"）；

其次，lambda表达式配合jdk8新增的的Stream类可以提高程序——特别是循环结构——的执行效率，在JDK8之前，传统的循环结构采用的都是外循环结构，例如试图取得所有来自北京的教师

int count = 0；

for （Teacher teacher ： allTeachers） {

if （teacher.isFrom（"London"）） {

count++；}

}

可以看到，传统方式中，集合内部的数据与外部的循环语句不停的进行交换，外部程序不得不占用一部分空间为结果集做准备，从时间上到空间上都造成了浪费。而经过lambda表达式和Stream改造，原有的外部循环成为内部循环，如下例所示：

long count = allArtists.stream（）.filter（artist -> artist.isFrom（"London"））.count（）；

可以看出，使用lambda表达式后，内部循环只是在符合条件的集合个体中做出标识，不占用额外内存，当程序不发出最后的指令（如要求立即返回结果）时，内部循环不作出任何操作，称为lazy模式，这样就节省了时间。

3 用lambda表达式优化程序

初学者在使用lambda表达式时，可将其应用在集合操作中，优化其操作方式，lambda表达式与Stream类所支持的集合优化有map、filter、flatmap以及reduce等，下面将详细介绍这几种方式。

在这之前，首先定义一个领域模型，模仿现实世界中的某些业务需求，这个领域模型的结构如下

作者Author，包含名称（String name）、所属机构（String origine）和若干成员（String [] members ）

著作 Book，包含名称（String name），若干章节（List chapters）和若干作者（List authors）

章节Chapter，包含章节名称（String name）和字数（int chars）

作者集合authors，著作集合books和章节集合chapters。

首先来介绍Stream类中的第一种操作，即map操作，该操作负责将集合当中的元素进行符合条件的转换。例如，需要所有作者的所属机构列表，则使用lambda表达式和Stream代码如下：

List origines=authors.Stream（）.map（author->author. getOrigine（））.collect（toList（））；

第二种常用操作是filter操作，旨在筛选出集合当中符合条件的元素，例如，需要找到所有成员数为1的作者（即该作者不是团队而是个人），代码如下

authors.Stream（）.filter（author->author.getMembers（）.length<2）；

最后一种常用操作为reduce，该操作类似于数据库中的聚合函数，可对结果进行各种统计，如汇总、小计、总计等，例如要求计算所有所有作者全部著作的总字数，则代码可以如下：

chapters.Stream（）.map（chapter->chapter.getChars（））.reduce（0，（base，acc）->base+acc）；

以上介绍了函数式编程在java中的简单应用，作为java8中最重要的新特性，函数式编程极大的简化了代码的编写，使得java这一语言焕发了新的生命力，在未来的开发中，拥有面向对象及面向函数双重特征的java语言必定会发挥更大的作用。

参考文献：

[1] 张迎周， 张卫丰. Haskell：一种现代纯函数式语言[J].南京邮电大学学报：自然科学版，2007（4）.

[2] 庞建民， 赵荣彩， 王倩. Haskell语言的惰性计算特性及其应用[J].计算机工程与应用，2006（10）.

[3] Richard Warburton. Java 8 Lambdas： Functional Programming For The Masses[M].ORelly， 2014.