这个类库可以帮助你理解Java中的函数式编程

每当JDK发布了新版本就有同学说“你发任你发，我用Java 8”，可在工作中有不少人依然不太擅长使用Java8的新特性，而这些特性往往让Java不再“臃肿”。不过我个人认为Java8所有的新特性中最具有代表性的一定是函数式编程。有人会说这种风格太抽象难懂了，当你熟练掌握这种设定之后，你一定会感到很香。慢慢地你也会领会到函数式编程的魅力和精髓。今天介绍一个函数式Java工具包，它表现了很多优秀的函数式编程思想。以前介绍的熔断降级组件Hystrix的替代品resilience4j就基于vavr库。

Vavr

Vavr是一个Java8函数库，它运用了大量的函数式编程范式。创造性地封装了一些持久性的数据结构和函数式控制结构。而且从中可以学到很多有用的编程思想。

可观察的副作用

我们的代码中经常会出现一些看不见的陷阱，从代码语义中这些陷阱是无法被观察的。例如

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

我们知道a/b会得到一个整数，但是却不能从代码上明确地知道如果b=0将会抛出java.lang.ArithmeticException异常;而如果是a+b则不会带来任何副作用。所以我们需要让这种副作用是可观察的。对于这一点Vavr做出了一种设计：

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

将可能的副作用封装到一个容器中，明确了可能的失败，当你看到返回的是Try 时，就意味着结果可能“并不顺利”，以便于针对性地进行预防。

不可变的数据结构

很多语言都在使用不可变的数据结构，比如Golang、Kotlin。主要原因是不可变的值：

  • 本质上是线程安全的，因此不需要同步
  • 对于equals和hashCode是可靠的
  • 不需要克隆
  • 在非受检unchecked类型转换中是类型安全的
  • 对于函数式编程来说不可变值是最透明的

为此Vavr设计了一个集合类库，旨在代替Java中的集合框架。Vavr 的集合库包含一组丰富的函数式数据结构，这些数据结构建立在 lambdas 之上。它们与 Java 原始集合共享的唯一接口是Iterable。这些数据结构是持久性的，一旦初始化本身就不可改变，你可以使用一些操作来返回更改后的副本。例如经典的数据结构单向链表：

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

如果我们将一个新元素0放在原始链表尾部的前面

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

原始链表保持不变，新的链表大小保持不变元素被替换了。当然你可以使用其它API来生成一个大小变化的副本，不过可以肯定的是原始的链表一定不会发生改变。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  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.

这只是其中的一部分编程思想，接下来我将介绍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。

元组

熟悉Python的同学对元组(Tuple)一定不陌生。元组将固定数量的元素组合在一起，以便它们可以作为一个整体传递。与数组或列表不同，元组可以包含不同类型的对象，但它也是不可变的。目前Vavr提供了最多8个元素的元组结构。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  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.

这个可以用来模拟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则提供了更加丰富的Function扩展，例如可以组合多个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，还可以让潜在的副作用降级(lift)，有点类似于微服务的熔断，以避免在函数执行中处理异常

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. Function2 divide = (a, b) -> a / b;
    2. 
  
  
  
  
  2. // 降级 
    3. 
  
  
  
  
  3. Function2> safeDivide = Function2.lift(divide);
    4. 
  
  
  
  
  4. // 返回一个加强版的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.

还有派生操作：

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

这有点类似于柯里化，当我们用到更多入参时柯里化才更加明显：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  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.

猜一猜答案是几?

带有特性的值容器

这个不太好用中文说明，有一些值带有独特的性质，比如开头提到的Try,用来显式表明可能遇到异常。Vavr提供了很多具有独特性质的值容器。

Option

类似Optional，但是比Optional更加强大。

Lazy

Lazy是一个惰性计算的容器，表示当使用时才去计算且只计算一次。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  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. // 需要使用数据时才从数据源加载
    7. 
  
  
  
  
  7. Data lazyData = Lazy.val(DataSourceService::get, Data.class);
    8.

其它还有一些非常有用的容器，你可以尝试它们。

模式匹配

函数式编程语言大都支持模式匹配，同为JVM语言的Scala中就有这种特性，而Java目前是没有的。可以有效地帮助我们减少if-else，举个例子：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  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.

你就说吧，绕不绕?，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.

当然还有其它一些玩法需要你自己去发现。

总结

函数式编程作为Java8最大的一个亮点(个人认为)，对于习惯于传统OOP编程的开发者来说确实不容易接受。你不妨从Vavr类库入手去学习函数式编程的思想。今天介绍的只是它很少的一部分，还有更多等着你去发现、去借鉴。忘记说了，如果你想在项目中引用它，可以引入下面这个坐标：

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

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新闻标题：这个类库可以帮助你理解Java中的函数式编程
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