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這個(gè)類庫可以幫助你理解Java中的函數(shù)式編程

每當(dāng)JDK發(fā)布了新版本就有同學(xué)說“你發(fā)任你發(fā)，我用Java 8”，可在工作中有不少人依然不太擅長使用Java8的新特性，而這些特性往往讓Java不再“臃腫”。不過我個(gè)人認(rèn)為Java8所有的新特性中最具有代表性的一定是函數(shù)式編程。有人會說這種風(fēng)格太抽象難懂了，當(dāng)你熟練掌握這種設(shè)定之后，你一定會感到很香。慢慢地你也會領(lǐng)會到函數(shù)式編程的魅力和精髓。今天介紹一個(gè)函數(shù)式Java工具包，它表現(xiàn)了很多優(yōu)秀的函數(shù)式編程思想。以前介紹的熔斷降級組件Hystrix的替代品resilience4j就基于vavr庫。

Vavr

Vavr是一個(gè)Java8函數(shù)庫，它運(yùn)用了大量的函數(shù)式編程范式。創(chuàng)造性地封裝了一些持久性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)式控制結(jié)構(gòu)。而且從中可以學(xué)到很多有用的編程思想。

可觀察的副作用

我們的代碼中經(jīng)常會出現(xiàn)一些看不見的陷阱，從代碼語義中這些陷阱是無法被觀察的。例如

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. int divide(int a, int b){
    2. 
  
  
  
  
  2.  return a/b;
    3. 
  
  
  
  
  3. }
    4.

我們知道a/b會得到一個(gè)整數(shù)，但是卻不能從代碼上明確地知道如果b=0將會拋出java.lang.ArithmeticException異常;而如果是a+b則不會帶來任何副作用。所以我們需要讓這種副作用是可觀察的。對于這一點(diǎn)Vavr做出了一種設(shè)計(jì)：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. Try divide(Integer a, Integer b) {
    2. 
  
  
  
  
  2.     return Try.of(() -> a / b);
    3. 
  
  
  
  
  3. }
    4.

將可能的副作用封裝到一個(gè)容器中，明確了可能的失敗，當(dāng)你看到返回的是Try 時(shí)，就意味著結(jié)果可能“并不順利”，以便于針對性地進(jìn)行預(yù)防。

不可變的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

很多語言都在使用不可變的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，比如Golang、Kotlin。主要原因是不可變的值：

  • 本質(zhì)上是線程安全的，因此不需要同步
  • 對于equals和hashCode是可靠的
  • 不需要克隆
  • 在非受檢unchecked類型轉(zhuǎn)換中是類型安全的
  • 對于函數(shù)式編程來說不可變值是最透明的

為此Vavr設(shè)計(jì)了一個(gè)集合類庫，旨在代替Java中的集合框架。Vavr 的集合庫包含一組豐富的函數(shù)式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立在 lambdas 之上。它們與 Java 原始集合共享的唯一接口是Iterable。這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是持久性的，一旦初始化本身就不可改變，你可以使用一些操作來返回更改后的副本。例如經(jīng)典的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)單向鏈表：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. // 1   2  3
    2. 
  
  
  
  
  2. List source = List.of(1, 2, 3);
    3.

如果我們將一個(gè)新元素0放在原始鏈表尾部的前面

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. //  0  2  3
    2. 
  
  
  
  
  2. List newHeadList = source.tail().prepend(0);
    3. 
  
  
  
  
  3. //  1  2  3
    4. 
  
  
  
  
  4. System.out.println(source);
    5.

原始鏈表保持不變，新的鏈表大小保持不變元素被替換了。當(dāng)然你可以使用其它API來生成一個(gè)大小變化的副本，不過可以肯定的是原始的鏈表一定不會發(fā)生改變。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. // 0 1 2 3
    2. 
  
  
  
  
  2. List prepend = source.prepend(0);
    3. 
  
  
  
  
  3. // 1 2 3 0
    4. 
  
  
  
  
  4. List append = source.append(0);
    5.

這只是其中的一部分編程思想，接下來我將介紹Vavr的一些特色。

Vavr的一些特色

Vavr提供了一些非常有用的而且有特色的API。

元組

熟悉Python的同學(xué)對元組(Tuple)一定不陌生。元組將固定數(shù)量的元素組合在一起，以便它們可以作為一個(gè)整體傳遞。與數(shù)組或列表不同，元組可以包含不同類型的對象，但它也是不可變的。目前Vavr提供了最多8個(gè)元素的元組結(jié)構(gòu)。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. // (felord.cn, 22)
    2. 
  
  
  
  
  2. Tuple2 java8 = Tuple.of("felord.cn", 22); 
    3. 
  
  
  
  
  3. // felord.cn
    4. 
  
  
  
  
  4. String s = java8._1; 
    5. 
  
  
  
  
  5. // 22
    6. 
  
  
  
  
  6. Integer i = java8._2;
    7.

這個(gè)可以用來模擬Java中不具有的多返回值的特性。

Function

Java本身提供了Function接口，但是Vavr則提供了更加豐富的Function擴(kuò)展，例如可以組合多個(gè)Function

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. Function1 multiplyByTwo = a -> a * 2;
    2. 
  
  
  
  
  2. Function1 compose = multiplyByTwo.compose(a -> a + 1);
    3. 
  
  
  
  
  3. // 6
    4. 
  
  
  
  
  4. Integer apply = compose.apply(2);
    5.

除此之外，還可以讓潛在的副作用降級(lift)，有點(diǎn)類似于微服務(wù)的熔斷，以避免在函數(shù)執(zhí)行中處理異常

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. Function2 divide = (a, b) -> a / b;
    2. 
  
  
  
  
  2. // 降級 
    3. 
  
  
  
  
  3. Function2> safeDivide = Function2.lift(divide);
    4. 
  
  
  
  
  4. // 返回一個(gè)加強(qiáng)版的Optional
    5. 
  
  
  
  
  5. Option apply = safeDivide.apply(1, 0);
    6. 
  
  
  
  
  6. boolean empty = apply.isEmpty();
    7. 
  
  
  
  
  7. // true
    8. 
  
  
  
  
  8. System.out.println(empty);
    9.

還有派生操作：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. Function2 divide = (a, b) -> a / b;
    2. 
  
  
  
  
  2. Function1 a = divide.apply(4);
    3. 
  
  
  
  
  3. Integer apply = a.apply(2);
    4.

這有點(diǎn)類似于柯里化，當(dāng)我們用到更多入?yún)r(shí)柯里化才更加明顯：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. Function3 sum = (a, b, c) -> a + b + c;
    2. 
  
  
  
  
  2. final Function1> add2 = sum.curried().apply(1);
    3. 
  
  
  
  
  3. Integer apply = add2.apply(2).apply(3);
    4.

猜一猜答案是幾?

帶有特性的值容器

這個(gè)不太好用中文說明，有一些值帶有獨(dú)特的性質(zhì)，比如開頭提到的Try,用來顯式表明可能遇到異常。Vavr提供了很多具有獨(dú)特性質(zhì)的值容器。

Option

類似Optional，但是比Optional更加強(qiáng)大。

Lazy

Lazy是一個(gè)惰性計(jì)算的容器，表示當(dāng)使用時(shí)才去計(jì)算且只計(jì)算一次。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. Lazy lazy = Lazy.of(Math::random);
    2. 
  
  
  
  
  2. lazy.isEvaluated(); // = false
    3. 
  
  
  
  
  3. lazy.get();         // = 0.123  
    4. 
  
  
  
  
  4. lazy.isEvaluated(); // = true
    5. 
  
  
  
  
  5. lazy.get();         // = 0.123 
    6. 
  
  
  
  
  6. // 需要使用數(shù)據(jù)時(shí)才從數(shù)據(jù)源加載
    7. 
  
  
  
  
  7. Data lazyData = Lazy.val(DataSourceService::get, Data.class);
    8.

其它還有一些非常有用的容器，你可以嘗試它們。

模式匹配

函數(shù)式編程語言大都支持模式匹配，同為JVM語言的Scala中就有這種特性，而Java目前是沒有的?？梢杂行У貛椭覀儨p少if-else，舉個(gè)例子：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public static String convert(int input) {
    2. 
  
  
  
  
  2. 
  
  
  
  
  3.       String output;
    4. 
  
  
  
  
  4.       if (input == 1) {
    5. 
  
  
  
  
  5.           output = "one";
    6. 
  
  
  
  
  6.       } else if (input == 2) {
    7. 
  
  
  
  
  7.           output = "two";
    8. 
  
  
  
  
  8.       } else if (input == 3) {
    9. 
  
  
  
  
  9.           output = "three";
    10. 
  
  
  
  
  10.       } else {
    11. 
  
  
  
  
  11.           output = "unknown";
    12. 
  
  
  
  
  12.       }
    13. 
  
  
  
  
  13.       return output;
    14. 
  
  
  
  
  14.   }
    15.

你就說吧，繞不繞?，Vavr就清爽多了。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public static String vavrMatch(int input) {
    2. 
  
  
  
  
  2.      return Match(input).of(
    3. 
  
  
  
  
  3.              Case($(1), "one"),
    4. 
  
  
  
  
  4.              Case($(2), "two"),
    5. 
  
  
  
  
  5.              Case($(3), "three"),
    6. 
  
  
  
  
  6.              Case($(), "unknown")
    7. 
  
  
  
  
  7.      );
    8. 
  
  
  
  
  8.  }
    9.

當(dāng)然還有其它一些玩法需要你自己去發(fā)現(xiàn)。

總結(jié)

函數(shù)式編程作為Java8最大的一個(gè)亮點(diǎn)(個(gè)人認(rèn)為)，對于習(xí)慣于傳統(tǒng)OOP編程的開發(fā)者來說確實(shí)不容易接受。你不妨從Vavr類庫入手去學(xué)習(xí)函數(shù)式編程的思想。今天介紹的只是它很少的一部分，還有更多等著你去發(fā)現(xiàn)、去借鑒。忘記說了，如果你想在項(xiàng)目中引用它，可以引入下面這個(gè)坐標(biāo)：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
    2. 
  
  
  
  
    3. 
  
  
  
  
  3.     io.vavr
    4. 
  
  
  
  
  4.     vavr
    5. 
  
  
  
  
  5.     0.10.3
    6. 
  
  
  
  
  6.

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