内容简介
《Java函数式编程》并不是一本关于Java的书,而是一本关于函数式编程的书。作者由浅入深地介绍了函数式编程的思维方式,并引导读者通过易于掌握的例子、练习和图表来学习和巩固函数式编程的基本原则和*佳实践。读者甚至可以在阅读的同时编写出自己的函数式类库!本书非常适合对Java有所了解的程序员,无须任何基础的数学理论或是函数式编程经验即可快速上手!
作者简介
Pierre-Yves Saumont是一名拥有三十年设计和构建企业级软件的Java开发者。他目前是Alcatel-Lucent Submarine Networks公司的一名软件研发工程师。
高清华***软件研发工程师。工作十多年来,在简洁代码、自动化测试、持续交付、DevOps 等方面都有着丰富的经验。《DevOps 实践》译者之一。技术博客:http://qinghua.github.io/,希望能以通俗易懂的语言普及IT 技术。
目录
目录
第1章 什么是函数式编程............................. 1
1.1 函数式编程是什么 .............................................2
1.2 编写没有副作用的程序 .....................................4
1.3 引用透明如何让程序更安全 .............................6
1.4 函数式编程的优势 .............................................7
1.5 用代换模型来推断程序 .....................................8
1.6 将函数式原则应用于一个简单的例子 .............9
1.7 抽象到极致 .15
1.8 总结 .............16
第2章 在Java中使用函数 ............................17
2.1 什么是函数 .18
2.1.1 现实世界里的函数 ...............................18
2.2 Java中的函数 ....................................................24
2.2.1 函数式的方法 .......................................24
2.2.2 Java的函数式接口与匿名类 ...............30
2.2.3 复合函数 ...............................................31
2.2.4 多态函数 ...............................................32
2.2.5 通过 lambda简化代码 ..........................33
2.3 高级函数特性 ...................................................36
2.3.1 多参函数怎么样 ...................................36
2.3.2 应用柯里化函数 ...................................37
2.3.3 高阶函数 ...............................................38
2.3.4 多态高阶函数 .......................................39
2.3.5 使用匿名函数 .......................................43
2.3.6 局部函数 ...............................................45
2.3.7 闭包 .46
2.3.8 部分函数应用和自动柯里化 ...............48
2.3.9 交换部分应用函数的参数 ...................53
2.3.10 递归函数 .............................................54
2.3.11 恒等函数 ..............................................56
2.4 Java 8的函数式接口 .........................................58
2.5 调试lambda ..59
2.6 总结 .............62
第3章 让Java更加函数式 ............................63
3.1 使标准控制结构具有函数式风格 ...................64
3.2 抽象控制结构 ...................................................65
3.2.1 清理代码 ...............................................69
3.2.2 if … else的另一种方式 ........................73
3.3 抽象迭代 .....78
3.3.1 使用映射抽象列表操作 .......................79
3.3.2 创建列表 ...............................................80
3.3.3 使用 head和 tail操作...........................81
3.3.4 函数式地添加列表元素 .......................83
3.3.5 化简和折叠列表 ...................................83
3.3.6 复合映射和映射复合 ...........................90
3.3.7 对列表应用作用 ...................................91
3.3.8 处理函数式的输出 ...............................92
3.3.9 构建反递归列表 ...................................93
3.4 使用正确的类型 ...............................................97
3.4.1 标准类型的问题 ...................................97
3.4.2 定义值类型 ...........................................99
3.4.3 值类型的未来 .....................................103
3.5 总结 ...........103
第4章 递归、反递归和记忆化 ................... 104
4.1 理解反递归和递归 .........................................105
4.1.1 探讨反递归和递归的加法例子 .........105
4.1.2 在 Java中实现递归 ............................106
4.1.3 使用尾调用消除 .................................107
4.1.4 使用尾递归方法和函数 .....................107
4.1.5 抽象递归 .............................................108
4.1.6 为基于栈的递归方法使用一个直接替代品 ...........................................112
4.2 使用递归函数 .................................................115
4.2.1 使用局部定义的函数 .........................115
4.2.2 使函数成为尾递归 .............................116
4.2.3 双递归函数:斐波那契数列示例 .....117
4.2.4 让列表的方法变成栈安全的递归 .....120
4.3 复合大量函数 .................................................123
4.4 使用记忆化 .....................................................127
4.4.1 命令式编程中的记忆化 .....................127
4.4.2 递归函数的记忆化 .............................128
4.4.3 自动记忆化 .........................................130
4.5 总结 ...........136
第5章 用列表处理数据 ............................. 138
5.1 如何对数据集合进行分类 .............................138
5.1.1 不同的列表类型 .................................139
5.1.2 对列表性能的相对期望 .....................140
5.1.3 时间与空间,时间与复杂度的取舍 .141
5.1.4 直接修改 .............................................142
5.1.5 持久化数据结构 .................................143
5.2 一个不可变、持久化的单链表实现 .............144
5.3 在列表操作中共享数据 .................................148
5.3.1 更多列表操作 .....................................150
5.4 使用高阶函数递归折叠列表 .........................155
5.4.1 基于堆的 foldRight递归版 ................162
5.4.2 映射和过滤列表 .................................164
5.5 总结 ...........167
第6章 处理可选数据 ................................ 168
6.1 空指针的问题 .................................................169
6.2 空引用的替代方案 .........................................171
6.3 Option数据类型 ..............................................174
6.3.1 从 Option中取值 ................................176
6.3.2 将函数应用于可选值 .........................178
6.3.3 复合 Option处理 ................................179
6.3.4 Option的用例 .....................................181
6.3.5 复合 Option的其他方法 ....................186
6.3.6 复合 Option和 List .............................189
6.4 Option的其他实用程序 ..................................191
6.4.1 检查是 Some还是 None .....................191
6.4.2 equals和 hashcode ..............................192
6.5 如何及何时使用Option ..................................193
6.6 总结 ...........195
第7章 处理错误和异常 ............................. 197
7.1 待解决的问题 .................................................197
7.2 Either类型 ..199
7.2.1 复合 Either ...........................................200
7.3 Result类型 .203
7.3.1 为 Result类添加方法 .........................204
7.4 Result模式 .206
7.5 Result处理进阶 ...............................................213
7.5.1 应用断言 .............................................214
7.5.2 映射 Failure .........................................215
7.5.3 增加工厂方法 .....................................218
7.5.4 应用作用 .............................................220
7.5.5 Result复合进阶 ..................................222
7.6 总结 ...........226
第8章 列表处理进阶 ................................ 228
8.1 length的问题 ...................................................229
8.1.1 性能问题 .............................................229
8.1.2 记忆化的优点 .....................................230
8.1.3 记忆化的缺点 .....................................230
8.1.4 实际性能 .............................................232
8.2 复合List和Result .............................................233
8.2.1 List中返回 Result的方法 ..................233
8.2.2 将 List<Result>转换为 Result<List> 235
8.3 抽象常见列表用例 .........................................238
8.3.1 压缩和解压缩列表 .............................238
8.3.2 通过索引访问元素 .............................241
8.3.3 拆分列表 .............................................244
8.3.4 搜索子列表 .........................................248
8.3.5 使用列表的其他函数 .........................249
8.4 自动并行处理列表 .........................................254
8.4.1 并非所有的计算都可以并行化 .........254
8.4.2 将列表拆分为子列表 .........................254
8.4.3 并行处理子列表 .................................256
8.5 总结 ...........258
第9章 使用惰性....................................... 259
9.1 理解严格和惰性 .............................................259
9.1.1 Java是一门严格的语言 .....................260
9.1.2 严格带来的问题 .................................261
9.2 实现惰性 ...263
9.3 只有惰性才能做到的事 .................................264
9.4 为何不要用Java 8中的Stream ........................265
9.5 创建一个惰性列表数据结构 .........................266
9.5.1 记忆已计算的值 .................................268
9.5.2 对流的操作 .........................................271
9.6 惰性的真正本质 .............................................274
9.6.1 折叠流 .................................................277
9.7 处理无限流 .....................................................282
9.8 避免null引用和可变字段 ...............................285
9.9 总结 ...........287
第10章 用树进行更多数据处理.................. 289
10.1 二叉树 .....290
10.1.1 平衡树和非平衡树 .........................291
10.1.2 大小、高度和深度 .........................291
10.1.3 叶树 .................................................292
10.1.4 有序二叉树或二叉搜索树 .............292
10.1.5 插入顺序 .........................................293
10.1.6 树的遍历顺序 .................................294
10.2 实现二叉搜索树 ...........................................297
10.3 从树中删除元素 ...........................................303
10.4 合并任意树 ...................................................304
10.5 折叠树 .....310
10.5.1 用两个函数折叠 .............................311
10.5.2 用一个函数折叠 .............................313
10.5.3 选择哪种折叠的实现 .....................314
10.6 映射树 .....316
10.7 平衡树 .....317
10.7.1 旋转树 .............................................317
10.7.2 使用 DSW算法平衡树 ..................320
10.7.3 自动平衡树 .....................................322
10.7.4 解决正确的问题 .............................323
10.8 总结 .........324
第11章 用高级树来解决真实问题............... 325
11.1 性能更好且栈安全的自平衡树 ....................326
11.1.1 树的基本结构 .................................326
11.1.2 往红黑树中插入元素 .....................331
11.2 红黑树的用例:map .....................................337
11.2.1 实现 map .........................................337
11.2.2 扩展 map .........................................340
11.2.3 使用键不可比较的 map .................341
11.3 实现函数式优先队列 ....................................344
11.3.1 优先队列访问协议 .........................344
11.3.2 优先队列使用案例 .........................344
11.3.3 实现需求 .........................................345
11.3.4 左倾堆数据结构 .............................345
11.3.5 实现左倾堆 .....................................346
11.3.6 实现像队列一样的接口 .................351
11.4 元素不可比较的优先队列 ............................352
11.5 总结 ..........358
第12章 用函数式的方式处理状态改变 ........ 359
12.1 一个函数式的随机数发生器 .......................360
12.1.1 随机数发生器接口 .........................361
12.1.2 实现随机数发生器 .........................362
12.2 处理状态的通用API .....................................366
12.2.1 使用状态操作 .................................367
12.2.2 复合状态操作 .................................368
12.2.3 递归状态操作 .................................370
12.3 通用状态处理 ...............................................372
12.3.1 状态模式 .........................................374
12.3.2 构建一个状态机 .............................375
12.3.3 何时使用状态和状态机 .................381
12.4 总结 .........381
第13章 函数式输入/输出.......................... 382
13.1 在上下文中应用作用 ...................................383
13.1.1 作用是什么 .....................................384
13.1.2 实现作用 .........................................384
13.1.3 用于失败情况的更强大的作用 .....387
13.2 读取数据 .390
13.2.1 从控制台读取 .................................390
13.2.2 从文件中读取 .................................395
13.2.3 检查输入 .........................................396
13.3 真正的函数式输入/输出 ..............................398
13.3.1 怎样才能让输入 /输出是完全函数式的 ............................................398
13.3.2 实现纯函数式的输入 /输出 ..........399
13.3.3 合并 IO............................................400
13.3.4 用 IO处理输入...............................402
13.3.5 扩展 IO类型...................................404
13.3.6 使 IO类型栈安全...........................407
13.4 总结 .........413
第14章 通过actor共享可变状态................. 414
14.1 actor模型 .415
14.1.1 异步消息 .........................................416
14.1.2 处理并行 .........................................416
14.1.3 处理 actor状态变化 .......................417
14.2 构建actor框架 ...............................................418
14.2.1 actor框架的限制 ............................418
14.2.2 设计 actor框架接口 .......................418
14.2.3 AbstractActor的实现 .....................420
14.3 开始使用actor ...............................................422
14.3.1 实现乒乓示例 .................................422
14.3.2 一个更严谨的例子:并行运行一个计算 ...........................................424
14.3.3 重新排序结果 .................................430
14.3.4 解决性能问题 .................................433
14.4 总结 .........439
第15章 以函数式的方式解决常见问题 ........ 440
15.1 使用断言来校验数据 ...................................441
15.2 从文件中读取属性 .......................................446
15.2.1 载入属性文件 .................................446
15.2.2 将属性读取为字符串 .....................447
15.2.3 生成更好的错误消息 .....................448
15.2.4 像列表那样读取属性 .....................451
15.2.5 读取枚举值 .....................................453
15.2.6 读取任意类型的属性 .....................454
15.3 转换命令式程序:XML读取器 ...................457
15.3.1 列出必需的函数 .............................459
15.3.2 复合函数并应用作用 .....................460
15.3.3 实现函数 .........................................461
15.3.4 让程序更加函数式 .........................462
15.3.5 修复参数类型问题 .........................466
15.3.6 以处理元素的函数为参数 .............467
15.3.7 处理元素名称错误 .........................468
15.4 总结 .........470
附录A 使用Java 8的函数式特性 ................ 471
附录B Monad......................................... 479
附录C 敢问路在何方 ............................... 485
精彩书摘
为什么要函数式编程
函数式编程中没有赋值语句,因此变量一旦有了值,就不会再改变了。更通俗地说,函数式编程完全没有副作用。除了计算结果,调用函数没有其他作用。这样便消除了 bug的一个主要来源,也使得执行顺序变得无关紧要 —因为没有能够改变表达式值的副作用,可以在任何时候对它求值。这样便把程序员从处理控制流程的负担中解脱出来。由于能够在任何时候对表达式求值,所以可以用变量的值来自由替换表达式,反之亦然 —程序是“引用透明”的。这样的自由度让函数式的程序比它们的一般对手在数学上更易驾驭。
—John Hug
前言/序言
译者序
有幸受邀翻译本书。初见书名,心中不免有几分疑虑,难道又是一本教授怎么使用 Java 8 lambda来进行函数式编程的书吗?翻了几页,方觉自己大误。本书其实意在如何从零开始,逐步理清函数式编程的思维方式并编写基础类库,不仅授之以鱼,而且授之以渔。只不过由于 Java的受众实在太广,所以才使用这门语言罢了。
函数式编程有一个至关重要的前提,那就是函数的输出只能取决于函数的参数(我们会在书中看到生成随机数的例子)。初看上去似乎与 Java这门面向对象的语言不搭,但语言只是工具而已,正如你也可以在 Haskell中编写命令式风格的代码一样。在一个不太复杂甚至非并发的常规 Java系统中,由于程序内部状态的改变,多次调用同一个方法的返回值很可能是不一样的,更不用说所带来的副作用了。在函数式编程中,确定的输入决定了确定的输出,这意味着只要参数对了,结果一定在预期中。也就是说,函数式编程没有无法重现的 bug。在这样的前提下,单元测试相对容易实现,而且能极大地增强你的信心。(想想你对目前所在项目的单元测试有多大的信心?)许多个这样的函数复合起来,在不改变信心的同时能够提供更多、更强大的功能,进而带来更大的收益,如无状态的线程安全、必要时才计算的惰性求值、加快多次执行速度的记忆化等。
传统的命令式编程是计算机硬件的抽象,源自图灵机,其实就是外部输入、内部状态、对外部的输出以及对内部状态的改变。函数式编程源自 λ演算,即将变量和函数替换为值或表达式并根据运算符进行计算。函数式编程相比命令式编程,代码更简洁、可读性更强,这是因为它的思维方式更倾向于描述什么,而不是怎么做。所以学习过程反而更加自然,并且不需要多么高深的数学基础。可是我们也知道,软件开发没有银弹。新的方法论也会带来新的问题,需要运用新知识来解决。幸运的是,新知识的坑已经有人帮你踩过了,高阶函数、偏应用函数、复合函数、柯里化、闭包……软件开发从来不缺术语。幸好它们并非高不可攀,作者在第 2章中帮你扫清疑虑,并在后续章节中挑战惰性求值、记忆化、状态处理、应用作用还有 actor等更高级的技术。你说 Monad?作者才不告诉你它究竟是什么,但是看完本书你自然就领悟了。
函数式编程不是万能药。它有自己擅长的领域,也有自己的弱项。函数式编程是级别更高的抽象。高级别抽象带来的收益就是易读、好写,可是有些低级别的事情(如果你真的需要的话)可能就不容易完成。函数式编程没有副作用,导致无法完成输入 /输出操作。尽管如此,你也会在本书中看到一些解决办法。函数式编程没有变量,因此无法改变循环的终止条件,故而没有循环,严重依赖于用递归来抽象循环。在某些情况下可能会影响性能,所以你还会在本书中看到一些性能与情怀之间的权衡。绝大部分的编程最佳实践都是针对某个特定场景而言的,因此脱离业务场景直接讨论技术并不可取。拥有函数式编程的思维,你就拥有了解决问题的另一种选择,但是条条大路通罗马,千万别钻牛角尖。程序是对现实世界的建模,“不要让世界适应你的模型,要让你的模型适应世界。”
高清华
译者简介
高清华
亚马逊软件研发工程师。工作十多年来,在简洁代码、自动化测试、持续交付、 DevOps等方面都有着丰富的经验。他是《 DevOps实践》译者之一。其技术博客的网址是 http://qinghua.github.io/,希望能以通俗易懂的语言普及 IT技术。
为什么要函数式编程
函数式编程中没有赋值语句,因此变量一旦有了值,就不会再改变了。更通俗地说,函数式编程完全没有副作用。除了计算结果,调用函数没有其他作用。这样便消除了 bug的一个主要来源,也使得执行顺序变得无关紧要 —因为没有能够改变表达式值的副作用,可以在任何时候对它求值。这样便把程序员从处理控制流程的负担中解脱出来。由于能够在任何时候对表达式求值,所以可以用变量的值来自由替换表达式,反之亦然 —程序是“引用透明”的。这样的自由度让函数式的程序比它们的一般对手在数学上更易驾驭。
—John Hughes
Why Functional Programming Matters
我称之为十亿美元的错误……我当时的目标是确保所有引用的使用都应该绝对安全,由编译器自动执行检查。但是我无法抵制引入一个空引用的诱惑,仅仅是因为它很容易实现。这导致了无数的错误、漏洞和系统崩溃,它很可能在过去的四十年中造成了十亿美元的痛苦和损害。
—Tony Hoare
测试程序可以是一个证明 bug存在的有效方式,但是对于证明 bug不存在还是无可奈何。
—Edsger W. Dijkstra
测试本身并不能提高软件质量。测试结果是质量的指标,但它们并不能提高质量。尝试通过增加测试来提高软件质量就像是尝试通过经常称自己的体重来减肥一样。
—Steve McConnell
注释的合理运用是为了补偿我们无法成功地在代码中表达自己。
—Robert C. Martin
编程的难点并不是解决问题,而是决定要解决什么问题。
—Paul Graham
面向对象编程通过封装变化的部分使代码容易理解。函数式编程通过最小化变化的部分使代码容易理解。
—Michael Feathers
我总是发现计划没有用,但是制订计划不可或缺。
—Dwight D. Eisenhower
设计软件有两种方法:一种是简单化,使其明显没有缺陷;另一种是复杂化,使其没有明显缺陷。前者要难得多。
—Tony Hoare
如果我们询问客户他们想要什么,他们只会说:“更快的马。”
—Henry Ford
尽管一些声明式程序员对等式推理( equational reasoning)只会耍嘴皮子,但函数式语言的用户每次运行编译器时都会用到它们,无论他们是否注意到。
—Philip Wadler
How to declare an imperative
我们并不试图争取 Lisp程序员;我们在追赶 C++程序员。我们设法在他们到达 Lisp的半路上拽走他们。 —Guy Steele
人们“得到”类型,一直用着它们。告诉某人他不能用香蕉来敲钉子并不令其感到惊讶。
—Unknown
TDD代替了类型检查器……正如烈酒代替了悲伤。 —byorgey
首先,调试的难度是编写代码的两倍。因此,即使你把代码写得精彩绝伦,根据定义,你还不足以聪明地调试代码。 —Brian W. Kernighan和 P. J. Plauger
一旦开始编程,令我们感到惊讶的是,很难让程序按预想的方案正确地工作。不得不靠调试来弄明白。我还记得当意识到我此生的大部分时间都会用于寻找自己程序中的错误时的那一刻。
—Maurice Wilkes (1949)
序言
编程序既有趣又多金。许多人为了乐趣而编程,还能赚钱。从这种意义上说,程序员有点像演员、音乐家或职业足球运动员。似乎是一个梦想,直到作为程序员的你开始负起真正的责任。从这个角度上说,编写游戏或办公应用程序都没有什么大不了的。如果应用程序有一个 bug,你只修复它并发布一个新版本即可。但如果你编写的程序被人们依赖,并且还不能简单地发布一个新版本后让用户们自行安装,那就是另一种情况了。当然, Java并非用于编写监控核电站或控制飞机的应用程序,或者是一个简单的 bug就可能会置人类生命于风险中的系统。但如果你的程序用于管理互联网骨干,你一定不会愿意在奥运会开幕前一天发现一个讨厌的 bug,导致整个国家的电视传输失败。对于这样的程序,你希望确保它可以被证明是正确的。
大多数命令式程序无法被证明是正确的。测试只允许我们在测试失败时证明程序不正确。成功的测试说明不了什么问题。你无法证明发布的程序是不正确的。就单线程程序而言,大量的测试也许能够说明你的代码大部分是正确的。但是对于多线程应用程序,条件组合的数量使测试成为不可能。显然,我们需要另一种不同的方式来编写程序。在理想情况下,这种方法将允许我们证明程序是正确的。因为这一般不是完全可能的,所以一个很好的折中是明确分离程序中可以被证明为正确的部分和不能证明为正确的部分。这就是函数式编程技术所能提供的。
函数式编程的定义与函数式程序员一样多。有人说函数式编程是用函数编程。这是对的,但它无助于你了解这种编程范式的优势。更重要的是,函数式编程需要将抽象推至极致的理念。它允许明确分离程序中可以被证明为正确的部分与输出取决于外部条件的其他部分。通过这种方式,函数式程序是不太容易产生 bug的程序,它的 bug只会驻留在特定的受限区域。
可以采用许多种技术来实现这一目标。使用不可变数据虽然不仅限于函数式编程,但却是这样一种技术。如果数据不能更改,你将不会有任何(不良的)意外,数据不会过期或损坏,没有竞争条件,无须锁住并发访问,也不会有死锁的风险。可以毫无风险地共享不可变数据。你不需要生成防御性副本,那就没有了忘记这样做的风险。另一种技术是抽象控制结构,因此你不必冒着混淆循环索引和退出条件的风险一次又一次地编写相同的结构。完全删除使用 null引用(无论是隐式还是显式)将把你从臭名昭著的 NPE(空指针异常, NullPointerException)中解放出来。通过所有这些技术(还有更多),你可以确信:如果程序通过编译,那它就是正确的(也就是说,它的实现没有 bug)。虽然这样做并不能消除所有可能的 bug,但它更加安全。
计算机从一开始就基于寄存器中的可变值使用了命令式范式。正如其他许多被称为“命令式语言”的编程语言一样, Java似乎在很大程度上依赖于这种范式,但根本没有必要。如果你是有经验的 Java程序员,你可能会惊讶地发现无须更改变量的值就可以编写有用的程序。这并非函数式编程的必要条件,但是函数式程序员几乎总是自由自在地用着不可变数据。你可能也难以相信,可以在不使用 if…else结构、 while还有 for循环的情况下编写程序。
Java 函数式编程:解构与重塑 这是一本深入剖析 Java 函数式编程范式的书籍,它并非仅仅罗列语法特性,而是致力于帮助读者理解函数式思维的精髓,以及如何在 Java 这个面向对象语言的土壤中,高效、优雅地运用函数式编程的思想来解决实际问题。本书将带领你穿越传统命令式编程的羁绊,踏入一个更加声明式、声明性、无副作用的世界,从而构建出更具韧性、更易于理解和维护的代码。 核心理念的深度挖掘 本书的核心,在于对函数式编程几个关键理念的细致解读和实战应用。 不可变性(Immutability):这是函数式编程的基石之一。我们将会探讨为什么“不变”如此重要,它如何消除了大量的并发问题和状态管理混乱,以及在 Java 中实现不可变性的各种策略,从 `final` 关键字到专门的不可变集合库。我们将深入分析可变性带来的潜在陷阱,并通过生动的代码示例,展示如何将易变的 state 转化为易于推理和管理的不变数据结构。这不仅仅是关于“不改变”,更是关于如何通过设计来避免不必要的改变,从而提高代码的确定性和可靠性。 纯函数(Pure Functions):纯函数是指对于相同的输入,总是产生相同的输出,并且没有可观察的副作用。本书将详细阐述纯函数的定义,以及它们对代码可测试性、可重用性和并发性的巨大贡献。我们将通过大量的例子,展示如何识别和重构带有副作用的函数,将其转化为纯粹的计算逻辑。你将学习到如何利用纯函数来构建更具模块化和可预测性的系统,让你的代码像数学公式一样精确。 高阶函数(Higher-Order Functions):高阶函数是能够接受其他函数作为参数,或者返回一个函数作为结果的函数。Java 8 引入的 Lambda 表达式和方法引用,为实现高阶函数提供了强大的支持。本书将深入讲解高阶函数的各种应用场景,例如函数组合、柯里化(currying)、函数工厂等,以及它们如何帮助我们写出更简洁、更具表达力的代码。我们将探索如何利用高阶函数来抽象通用的行为模式,减少重复代码,提高代码的复用率。 声明式编程(Declarative Programming):与命令式编程(how to do it)不同,声明式编程侧重于描述“what to do”。函数式编程天然地倾向于声明式风格。本书将通过大量 Streams API 的应用,展示如何以声明式的方式处理集合数据,例如过滤、映射、归约等操作。你将学会如何用更少的代码,表达更复杂的逻辑,让代码更易于阅读和理解,将关注点从执行步骤转移到问题本身的描述上。 Java 8+ 特性的深度融合 本书紧密结合 Java 8 及之后版本引入的关键特性,将函数式编程的理念落到实处。 Lambda 表达式(Lambda Expressions):Lambda 表达式是 Java 中实现函数式编程的核心语法糖。我们将从 Lambda 表达式的基本语法讲起,逐步深入到其背后是如何被编译器处理的,以及如何将其应用于各种函数式接口。你将学会如何使用 Lambda 表达式来简化匿名内部类的写法,以及如何利用它来传递行为。 Stream API:Stream API 是 Java 8 为函数式编程提供的强大工具集,它允许我们以声明式的方式对数据序列进行高效处理。本书将系统地讲解 Stream API 的各个组成部分,包括流的创建、中间操作(如 `filter`、`map`、`flatMap`、`sorted`、`distinct`)和终端操作(如 `forEach`、`collect`、`reduce`、`anyMatch`、`allMatch`、`noneMatch`)。我们会通过丰富的实际案例,演示如何运用 Stream API 来解决常见的集合处理问题,例如数据转换、分组、聚合、查找等,大幅提升代码的简洁性和效率。 Optional:`Optional` 类是处理可空值的一种优雅方式,它鼓励开发者避免 `NullPointerException`,从而编写更健壮的代码。本书将深入讲解 `Optional` 的设计理念,以及如何利用其方法(如 `ofNullable`、`isPresent`、`orElse`、`orElseGet`、`map`、`flatMap`)来安全地处理可能为 null 的值,并将其融入到函数式数据处理流程中。 CompletableFuture:在并发编程领域,`CompletableFuture` 提供了组合式异步编程的能力,与函数式编程的思想不谋而合。本书将探讨如何利用 `CompletableFuture` 来构建响应式、非阻塞的并发系统,以及如何将其与 Lambda 表达式结合,实现链式调用和事件驱动的编程模型。 实战应用与模式解析 理论结合实践是本书的一大特色。我们将超越抽象概念,将函数式编程的理念应用于真实的 Java 开发场景。 并发编程的革新:传统的 Java 并发编程往往伴随着锁、线程池等复杂机制,容易导致死锁、竞态条件等问题。本书将展示如何利用不可变性、纯函数以及 `CompletableFuture` 来构建更简单、更安全的并发应用,例如异步任务编排、事件驱动架构等。 响应式编程的初步探索:虽然本书并非一本专门的响应式编程书籍,但它将为你打下坚实的函数式基础,使你能够更容易地理解和应用响应式编程的核心概念,如事件流、操作符等。 数据处理与转换的优化:通过 Stream API,你可以以前所未有的方式处理和转换数据,告别冗长的 `for` 循环和复杂的中间变量,写出更具可读性和表达力的代码。我们将覆盖从简单的数据过滤到复杂的数据聚合、分组等各种场景。 设计模式的函数式重塑:许多经典的设计模式,如策略模式、观察者模式、工厂模式等,都可以在函数式编程的视角下得到更简洁、更灵活的实现。本书将探索如何用函数式的方式来重构和实现这些设计模式。 面向读者 本书适合所有希望提升 Java 编程能力,构建更优雅、更健壮、更具可维护性代码的开发者。无论你是初学者想要了解函数式编程的魅力,还是有经验的开发者希望将函数式思维融入到日常工作中,都能从本书中获益。 Java 开发者:对 Java 8+ 特性有基本了解,希望深入掌握函数式编程的应用。 追求代码质量的开发者:希望通过函数式编程来减少 Bug,提升代码的可读性和可测试性。 对并发编程有挑战的开发者:希望找到更简洁、更安全的方式来处理并发问题。 对函数式编程感兴趣的开发者:希望系统地学习函数式编程的思想及其在 Java 中的实现。 本书的价值 通过阅读本书,你将不仅仅掌握一套新的编程技巧,更重要的是培养一种全新的编程思维方式。你将学会如何: 写出更简洁、更具表达力的代码。 构建更易于测试和维护的系统。 更有效地处理并发场景,减少潜在的错误。 提升代码的可靠性和健壮性。 在面向对象的 Java 世界中,拥抱函数式的力量。 本书将以清晰的逻辑、详实的讲解和丰富的代码示例,引导你逐步深入 Java 函数式编程的海洋,让你能够自信地将这些强大的思想和技术应用于你的日常开发中。