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關於Java8函數式編程你需要了解的幾點，Java8函數式編程

編輯：JAVA綜合教程

關於Java8函數式編程你需要了解的幾點，Java8函數式編程

函數式編程與面向對象的設計方法在思路和手段上都各有千秋，在這裡，我將簡要介紹一下函數式編程與面向對象相比的一些特點和差異。

在理解函數作為一等公民這句話時，讓我們先來看一下一種非常常用的互聯網語言JavaScript，相信大家對它都不會陌生。JavaScript並不是嚴格意義上的函數式編程，不過，它也不是屬於嚴格的面向對象。但是，如果你願意，你既可以把它當做面向對象語言，也可以把它當做函數式語言，因此，稱之為多范式語言，可能更加合適。

如果你使用jQuery，你可能會經常使用如下的代碼：

$("button").click(function(){  
  $("li").each(function(){  
    alert($(this).text())  
   });  
 });

注意這裡each()函數的參數，這是一個匿名函數，在遍歷所有的li節點時，會彈出li節點的文本內容。將函數作為參數傳遞給另外一個函數，這是函數式編程的特性之一。

再來考察另外一個案例：

function f1(){  
　　　　var n=1;  
　　　　function f2(){  
　　　　　　alert(n);  
　　　　}  
　　　　return f2;  
　　}  
var result=f1();  
result(); // 1

這也是一段JavaScript代碼，在這段代碼中，注意函數f1的返回值，它返回了函數f2。在倒數第2行，返回的f2函數並賦值給result，實際上，此時的result就是一個函數，並且指向f2。對result的調用，就會打印n的值。

函數可以作為另外一個函數的返回值，也是函數式編程的重要特點。

2.無副作用

函數的副作用指的是函數在調用過程中，除了給出了返回值外，還修改了函數外部的狀態，比如，函數在調用過程中，修改了某一個全局狀態。函數式編程認為，函數的副用作應該被盡量避免。可以想象，如果一個函數肆意修改全局或者外部狀態，當系統出現問題時，我們可能很難判斷究竟是哪個函數引起的問題。這對於程序的調試和跟蹤是沒有好處的。如果函數都是顯式函數，那麼函數的執行顯然不會受到外部或者全局信息的影響，因此，對於調試和排錯是有益的。

注意：顯式函數指函數與外界交換數據的唯一渠道就是參數和返回值，顯式函數不會去讀取或者修改函數的外部狀態。與之相對的是隱式函數，隱式函數除了參數和返回值外，還會讀取外部信息，或者可能修改外部信息。

然而，完全的無副作用實際上做不到的。因為系統總是需要獲取或者修改外部信息的。同時，模塊之間的交互也極有可能是通過共享變量進行的。如果完全禁止副作用的出現，也是一件讓人很不愉快的事情。因此，大部分函數式編程語言，如Clojure等，都允許副作用的存在。但是與面向對象相比，這種函數調用的副作用，在函數式編程裡，需要進行有效的限制。

申明式的（Declarative）

函數式編程是申明式的編程方式。相對於命令式（imperative）而言，命令式的程序設計喜歡大量使用可變對象和指令。我們總是習慣於創建對象或者變量，並且修改它們的狀態或者值，或者喜歡提供一系列指令，要求程序執行。這種編程習慣在申明式的函數式編程中有所變化。對於申明式的編程范式，你不在需要提供明確的指令操作，所有的細節指令將會更好的被程序庫所封裝，你要做的只是提出你要的要求，申明你的用意即可。

請看下面一段程序，這一段傳統的命令式編程，為了打印數組中的值，我們需要進行一個循環，並且每次需要判斷循環是否結束。在循環體內，我們要明確地給出需要執行的語句和參數。

public static void imperative(){  
         int[]iArr={1,3,4,5,6,9,8,7,4,2};  
         for(int i=0;i<iArr.length;i++){  
                   System.out.println(iArr[i]);  
         }  
}

與之對應的申明式代碼如下：

public static void declarative(){  
         int[]iArr={1,3,4,5,6,9,8,7,4,2};  
         Arrays.stream(iArr).forEach(System.out::println);  
}

可以看到，變量數組的循環體居然消失了！println()函數似乎在這裡也沒有指定任何參數，在此，我們只是簡單的申明了我們的用意。有關循環以及判斷循環是否結束等操作都被簡單地封裝在程序庫中。

3.尾遞歸優化

遞歸是一種常用的編程技巧。使用遞歸通常可以簡化程序編碼，大幅減少代碼行數。但是遞歸有一個很大的弊病——它總是使用棧空間。但是，程序的棧空間是非常有限的，與堆空間相比，可能相差幾個數量級（棧空間大小通常只有幾百K，而堆空間則通常達到幾百M甚至上百G）。因此，大規模的遞歸操作有可能發生棧空間溢出錯誤，這也限制了遞歸函數的使用，並給系統帶來了一定的風險。

而尾遞歸優化可以有效地避免這種狀況。尾遞歸指遞歸操作處於函數的最後一步。在這種情況下，該函數的工作其實已經完成（剩余的工作就是再次調用它自己），此時，只需要簡單得將中間結果傳遞給後繼調用的遞歸函數即可。此時，編譯器就可以進行一種優化，使當前的函數調用返回，或者用新函數的幀棧覆蓋老函數的幀棧。總之，當遞歸處於函數操作的最後一步時，我們總是可以想方設法避免遞歸操作不斷申請棧空間。

大部分函數式編程語言直接或者間接支持尾遞歸優化。

4.不變模式

如果讀者熟悉多線程程序設計，那麼一定對不變模式有所有了解。所謂不變，是指對象在創建後，就不再發生變化。比如，java.lang.String就是不變模式的典型。如果你在Java中創建了一個String實例，無論如何，你都不可能改變整個String的值。比如，當你使用String.replace()函數試圖進行字符串替換時，實際上，原有的字符串對象並不會發生變化，函數本身會返回一個新的String對象，作為給定字符替換後的返回值。不變的對象在函數式編程中被大量使用。

請看以下代碼：

static int[] arr={1,3,4,5,6,7,8,9,10};  
Arrays.stream(arr).map((x)->x=x+1).forEach(System.out::println);  
System.out.println();  
Arrays.stream(arr).forEach(System.out::println);

代碼第2行看似對每一個數組成員執行了加1的操作。但是在操作完成後，在最後一行，打印arr數組所有的成員值時，你還是會發現，數組成員並沒有變化！在使用函數式編程時，這種狀態是一種常態，幾乎所有的對象都拒絕被修改。

5.易於並行

由於對象都處於不變的狀態，因此函數式編程更加易於並行。實際上，你甚至完全不用擔心線程安全的問題。我們之所以要關注線程安全，一個很大的原因是當多個線程對同一個對象進行寫操作時，容易將這個對象“寫壞”，更專業的說法是“使得對象狀態不一致”。但是，由於不變模式的存在，對象自創建以來，就不可能發生改變，因此，在多線程環境下，也就沒有必要進行任何同步操作。這樣不僅有利於並行化，同時，在並行化後，由於沒有同步和鎖機制，其性能也會比較好。讀者可以關注一下java.lang.String對象。很顯然，String對象可以在多線程中很好的工作，但是，它的每一個方法都沒有進行同步處理。

6.更少的代碼

通常情況下，函數式編程更加簡明扼要，Clojure語言（一種運行於JVM的函數式語言）的愛好者就宣稱，使用Clojure可以將Java代碼行數減少到原有的十分之一。一般說來，精簡的代碼更易於維護。而Java代碼的冗余性也是出了名的，大部分對於Java語言的攻擊都會直接針對Java繁瑣，而且死板的語法（但我認為這也是Java的優點之一，正如本書第一段提到的“保守的設計思想是Java最大的優勢”），然而，引入函數式編程范式後，這種情況發生了改變。我們可以讓Java用更少的代碼完成更多的工作。

請看下面這個例子，對於數組中每一個成員，首先判斷是否是奇數，如果是奇數，則執行加1，並最終打印數組內所有成員。

數組定義：