Java 8,第 2 部分
2017-12-07 17:48
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函数组合与集合管道模式
迭代 Java 中集合的函数模式在开始采用函数式编程风格时,您的程序中会自然而然地出现一些函数设计模式,但您仍需要努力掌握它们。本文将介绍函数组合和集合管道,您可以结合使用这两种函数式模式来迭代代码中的集合。了解这些模式的结构有助于您搭建自己的 Java™ 程序,从而充分利用高阶函数和拉姆达表达式。
。
语句与表达式
如果在代码库中快速查找 for,您可能会惊奇地发现,您的代码中对
for循环的使用非常频繁。我将这种情形称为
for重复(hammer):只要我们需要循环,似乎就会用到
4000 for。
在 Java 中,
for和
while都是语句。语句执行一个操作,但不会生成任何结果。就本质而言,任何执行有用的操作的语句都会导致数据变化。这是语句表达其效果的唯一方式。而表达式则相反:它们可以得出结果而不会导致变化。
在代码中使用语句就像是合作处理一部分工作,但无法在团队成员之间直接转交工作结果。分享结果的唯一方法是将它放在桌面上或架子上,让另一位团队成员可以获得它。表达式的工作更像一条链:当某个人完成一项任务时,他将结果转交给链中的下一个人。
表达式帮助实现了集合管道模式,Martin Fowler 将该模式描述为运算序列,会将从一次运算收集的输出提供给下一次运算。尽管面向对象的编程中使用了集合管道模式(您可能在使用对象构建器的代码中看到过它),但它在函数编程中更常见。
函数组合和集合管道模式是两种可协同工作的模式。下一节将使用熟悉的
for语句解决一个问题。然后将介绍如何使用这两种模式更高效地解决同一个问题。
使用语句进行迭代和排序
首先创建一个 Car类,它包含属性 make、model 和 year:
清单 1. 一个 Car 类
package agiledeveloper; public class Car { private String make; private String model; private int year; public Car(String theMake, String theModel, int yearOfMake) { make = theMake; model = theModel; year = yearOfMake; } public String getMake() { return make; } public String getModel() { return model; } public int getYear() { return year; } }
我们可以添加一个
Car实例集合,比如:
清单 2. 一个 Car 实例集合
清单 3. 使用 ‘for’ 按年份对各种型号进行排序
public static List<String> getModelsAfter2000UsingFor(List<Car> cars) {
List<Car> carsSortedByYear = new ArrayList<>();
for(Car car : cars) {
if(car.getYear() > 2000) {
carsSortedByYear.add(car);
}
}
Collections.sort(carsSortedByYear, new Comparator<Car>() {
public int compare(Car car1, Car car2) {
return new Integer(car1.getYear()).compareTo(car2.getYear());
}
});
List<String> models = new ArrayList<>();
for(Car car : carsSortedByYear) {
models.add(car.getModel());
}
return models;
}
如您所见,此代码中有许多循环。首先,
getModelsAfter2000UsingFor方法接受一个汽车列表作为参数。它提取或过滤出
2000 年后制造的汽车,将它们放在一个名为
carsSortedByYear的新列表中。接下来,按照制造年份对该列表进行升序排序。最后,循环处理列表
carsSortedByYear,以获取型号名称,并在一个列表中返回它们。
能否提高这段代码的效率?我们可以通过一次性对所有汽车排序来消除一个
for循环,但随后需要对一个更大的对象列表进行排序。
这是汽车列表示例的输出:
清单 4. getModelsAfter2000UsingFor 的输出
Collections
sort方法没有返回结果。因为它被用作语句,所以它改变了作为参数提供的列表。两个
for循环在迭代时都改变了相应的列表。作为语句,这是这些元素的工作方式。因此,该代码包含不必要的垃圾变量,如图
1 所示。
图 1. 语句的效果
使用集合管道进行迭代和排序
在函数编程中,通常会通过一系列更小的模块化函数或运算来对复杂运算进行排序。该系列被称为函数组合(composition of functions, or a function composition)。当一个数据集合流经一个函数组合时,它就变成一个集合管道。函数组合和集合管道是函数式编程中常用的两种设计模式。无需使用一个很大的
for重复( hammer ),依据手头的问题,我们能使用多种专业工具。无需像命令式编程中常见的那样对所有运算都使用语句,函数式编程鼓励使用表达式。表达式没有语句所拥有的改变对象的副作用。像
filter或
map这样的表达式也返回一个结果,我们可以将它传递给另一个函数,我们就是通过这种方式创建集合管道的。考虑清单
5 中的代码。
清单 5. 集合管道模式中的函数组合
getModelsAfter2000UsingPipeline生成的结果与 清单
3 中的方法
getModelsAfter2000UsingFor相同,但要注意代码中的不同之处:
函数式代码比命令式代码更简洁。
函数式代码不会表现出明显的易变性,而且使用了更少的垃圾变量。
第二个方法中使用的函数/方法都是有返回值的表达式。将此方法与 清单
3 中的
Collections.sort方法进行对比。
getModelsAfter2000UsingPipeline使用了集合管道模式,而且非常富于表达。
只用了短短几行代码,代码的意图就很明显 — 给定一个汽车集合,过滤或提取仅在 2000 年或以后制造的汽车;然后按年份进行排序,将这些对象映射或转换为它们的型号,最后将结果收集到一个列表中。
清单 5 中的代码如此简洁且富于表达,部分原因是使用了方法引用。将一个拉姆达表达式传递给
filter很有用,因为它可以获取给定对象的
year 属性并将其与 year 2000 进行比较。但是,将拉姆达表达式传递给
map就没有这么有效。传递给
map方法的表达式为
car -> car.getModel(),该表达式非常繁琐。该拉姆达表达式仅返回给定对象的某个属性,不执行任何实际计算或运算。我们最好将它替换为一个方法引用。
我们将方法引用
Car::getModel传递给
map方法,而不传递拉姆达表达式。类似地,我们将方法引用
Car::getYear传递给
comparing 方法,而不传递拉姆达表达式
car -> car.getYear()。方法引用简短、简洁且富于表达。最好尽可能地使用它们。
图 2 给出了清单 5 中的集合管道。
图 2. 集合管道的魅力
查看图 2,可以看到
getModelsAfter2000UsingPipeline函数如何执行集合管道,通过一系列函数转换给定输入。随着数据流经各个函数,Java
8 的惰性计算和函数融合功能(参阅 2014 年的 Java
中的函数编程)可帮助避免在某些情况下创建中间对象。数据在管道中传输时,函数不会使中间对象变得可见或可用。
结束语
在命令式编程中,对于大部分数据处理,通常都会使用 for和
while循环。在本文中,您了解了一种在函数式编程中非常流行的替代方法。函数组合是一项简单技术,有助于对模块化函数进行排序,从而创建更复杂的运算。按该序列处理数据时,您就有了一个集合管道。结合使用函数组合和集合管道模式,可以创建复杂的程序,让数据从上游流到下游,并经历一系列转换。
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