在正式进入函数式编程之前，有必要先了解一下Java 8为支持函数式编程所做的基础性的改进。

1、FunctionalInterface注释

Java 8提出了函数式接口的概念。所谓函数式接口，简单地说，就是只定义了单一抽象方法的接口。比如下面的定义：

@FunctionalInterface
public interface IntHandler {void handle(int i);
}

注释FunctionalInterface用于表明IntHandler接口是一个函数式接口，该接口只包含一个抽象方法handle()，因此它符合函数式接口的定义要求。如果一个函数满足函数式接口的定义要求，那么即使不标注为＠FunctionalInterface，编译器依然会把它看作函数式接口。这有点像＠Override注释，如果你的函数符合重载的规范，无论你是否标注了＠Override，编译器都会识别这个重载函数，但如果你进行了标注，而实际的代码不符合规范，那么就会得到一个编译错误的提示。下图展示了一个不符合规范却被标注为＠FunctionalInterface的接口：

很显然，IntHandler接口包含两个抽象方法，因此不符合函数式接口的定义要求，又因为IntHandler接口被标注为函数式接口，产生矛盾，故编译出错。

这里需要强调的是，函数式接口只能有一个抽象方法，而不是只能有一个方法。我分两点来说明：首先，在Java 8中，接口运行存在实例方法（参见下一节的“接口默认方法”）；其次，任何被java.lang.Object实现的方法都不能视为抽象方法，因为equals()方法在java.lang.Object中已经实现，所以NonFunc接口不是函数式接口。

函数式接口的实例可以由方法引用或者由lambda表达式构造，我们将在后面进一步举例说明。

2、接口默认方法

在Java 8之前，接口只能包含抽象方法。但从Java 8开始，接口也可以包含若干个实例方法。这一改进使得Java 8拥有了类似于多继承的功能。一个对象实例，将拥有来自多个不同接口的实例方法。

比如，接口IHorse的实现如下：

在Java 8中，使用default关键字可以在接口内定义实例方法。注意，这个方法并非抽象方法，而是拥有特定逻辑的具体实例方法。

所有的动物都能自由呼吸，所以，这里可以再定义一个IAnimal接口，它也包含一个默认方法breath()：

骡是马和驴的杂交物种，因此骡(Mule)可以实现为IHorse，同时骡也是动物，因此有：

注意，上述代码中Mule实例同时拥有来自不同接口的实现方法，这在Java 8之前是做不到的。从某种程度上说，这种模式可以弥补Java单一继承的一些不便。但同时要知道，它将遇到和多继承相同的问题，如下图所示：

如果IDonkey也存在一个默认的run()方法，那么同时实现它们的Mule就会不知所措，因为它不知道应该以哪个方法为准。

增加一个IDonkey的实现：

public interface IDonkey {void eat();default void run(){System.out.println("Donkey run");}
}

修改Mule的实现如下，注意它同时实现了IHorse和IDonkey：

public class Mule implements IHorse,IDonkey,IAnimal{@Overridepublic void eat() {System.out.println("Mule eat");}public static void main(String[] args) {Mule mule = new Mule();mule.run();mule.breath();}
}

此时，由于IHorse和IDonkey拥有相同的默认实例方法，故编译器会抛出一个错误：

为了让Mule同时实现IHorse和IDonkey，我们不得不重新实现一下run()方法，让编译器可以进行方法绑定。修改Mule的实现如下：

public class Mule implements IHorse,IDonkey,IAnimal{@Overridepublic void eat() {System.out.println("Mule eat");}@Overridepublic void run() {IHorse.super.run();}public static void main(String[] args) {Mule mule = new Mule();mule.run();mule.breath();}
}

在这里，将Mule的run()方法委托给IHorse实现，当然，大家也可以有自己的实现。

接口默认实现对于整个函数式编程的流式表达非常重要。比如，大家熟悉的java.util.Comparator接口，它在JDK 1.2时就已经被引入了，用于在排序时给出两个对象实例的具体比较逻辑。在Java 8中，Comparator接口新增了若干个默认方法，用于多个比较器的整合。其中一个常用的默认方法如下：

有了这个默认方法，在排序时，我们就可以非常方便地进行元素的多条件排序。比如，如下代码构造一个比较器，它先按照字符串长度排序，继而按照大小写不敏感的字母顺序排序：

3、lambda表达式

lambda表达式可以说是函数式编程的核心。lambda表达式即匿名函数，它是一段没有函数名的函数体，可以作为参数直接传递给相关的调用者，lambda表达式极大地增强了Java语言的表达能力。

下例展示了lambda表达式的使用方法，在forEach()方法中，传入的就是一个lambda表达式，它完成了对元素的标准输出操作。可以看到这段表达式并不像函数一样有名字，类似匿名内部类，它只是简单地描述了应该执行的代码段。

和匿名对象一样，lambda表达式也可以访问外部的局部变量，如下所示：

上述代码可以编译通过，正常执行并输出6。与匿名内部对象一样，在这种情况下，外部的num变量必须声明为final定义的，这样才能保证在lambda表达式中合法地访问它。

奇妙的是，对于lambda表达式而言，即使去掉上述的final，程序依然可以编译通过！但千万不要以为这样你就可以修改num的值了。实际上，这只是Java 8做的一个小处理，它会自动地将在lambda表达式中使用的变量视为final定义的。因此，下述代码是可以编译通过的：

但是，如果像下面这么写，就不行：

上述的num++会引起一个编译错误：

4、方法引用

方法引用是Java 8中提出的用来简化lambda表达式的一种手段。它通过类名和方法名来定位一个静态方法或者实例方法。

方法引用在Java 8中的使用非常灵活。总的来说，可以分为以下几种：

• 静态方法引用：ClassName：：methodName。
• 超类上的实例方法引用：super：：methodName。
• 类型上的实例方法引用：ClassName：：methodName。
• 构造方法引用：Class：：new。
• 数组构造方法引用：TypeName[]：：new。

首先，方法引用使用“：：”定义，“：：”的前半部分表示类名或者实例名，后半部分表示方法名。如果是构造函数，则使用new表示。

下例展示了方法引用的基本使用方法：

对于第一个方法引用“User：：getName”，表示User类的实例方法。在执行时，Java会自动识别流中的元素（这里指User实例）是作为调用目标还是调用方法的参数。在“User：：getName”中，显然流内的元素都应该作为调用目标，实际上，在这里调用了每一个User对象实例的getName()方法，并将这些User的name作为一个新的流。同时，对于这里得到的所有name，使用方法引用System.out：：println处理。这里的System.out为PrintStream对象实例，因此，这里表示System.out实例的println方法。系统也会自动判断出流内的元素此时应该作为方法的参数传入，而不是调用目标。

一般来说，如果使用的是静态方法，或者调用目标明确，那么流内的元素会自动作为参数使用。如果方法引用表示实例方法，并且不存在调用目标，那么流内元素就会自动作为调用目标。

如果一个类中存在同名的实例方法和静态方法，那么编译器就会感到很困惑，因为此时它不知道应该使用哪个方法。它既可以选择同名的实例方法，将流内元素作为调用目标，也可以使用静态方法，将流内元素作为参数。

请看下面的例子：

上述代码试图将所有的Double元素转为String并将其输出，但是很不幸，在Double中同时存在以下两个方法：

此时，对方法引用的处理就出现了歧义，因此，这段代码在编译时就会抛出如下错误：

方法引用也可以直接使用构造函数。首先，查看模型类User的定义：

/*** @title User* @description 用户* @author: yangyongbing* @date: 2024/2/26 12:49*/
public class User {private int id;private String name;public User(int id, String name) {this.id = id;this.name = name;}public int getId() {return id;}public void setId(int id) {this.id = id;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}
}

下面的方法引用调用了User的构造函数：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;/*** @title ConstrMethodRef* @description 方法的引用* @author: yangyongbing* @date: 2024/2/26 12:51*/
public class ConstrMethodRef {interface UserFactory<U extends User> {U create(int id, String name);}static UserFactory<User> uf = User::new;public static void main(String[] args) {List<User> users = new ArrayList<>();for (int i = 0; i < 10; i++) {users.add(uf.create(i, "billy" + Integer.toBinaryString(i)));}users.stream().map(User::getName).forEach(System.out::println);}}

在此，UserFactory作为User的工厂类，是一个函数式接口。当使用User：：new创建接口实例时，系统会根据UserFactory.create()的签名来选择合适的User构造函数。在这里，很显然就是public User(int id, String name)。在创建UserFactory实例后，对UserFactory.create()的调用，都会委托给User的实际构造函数进行，从而创建User对象实例。

5、走入函数式编程

在了解了Java 8的一些新特性后，我们就可以正式开始走入函数式编程了。为了能让大家更快地理解函数式编程，我们先从简单的例子开始：

上述代码循环遍历了数组内的元素，并且进行了数值的打印，这也是传统的做法。如果使用Java 8中的流，那么可以写成这样：

注意：Arrays.stream()方法返回了一个流对象。类似于集合或者数组，流对象也是一个对象的集合，它将使我们可以遍历处理流内元素。

这里值得注意的是这个流对象的forEach()方法，它接收一个IntConsumer接口，用于对每个流内的对象进行处理。之所以是IntConsumer接口，因为当前流是IntStream，也就是装有Integer元素的流，因此，它自然需要一个处理Integer元素的接口。forEach()方法会依次将流内的元素送入IntConsumer接口进行处理，循环过程被封装在forEach()方法内部，也就是JDK框架内。

除了IntStream流，Arrays.stream()方法还支持DoubleStream、LongStream和普通的对象流Stream，这完全取决于它接收的参数。Stream流的几种类型如下图所示：

这样的写法可能还不能让人满意，代码量似乎比原先更多，而且除了引入了不必要的接口和匿名类等复杂性外，似乎也看不出来有什么太大的好处。但是，我们的脚步并未就此打住。试想，既然forEach()方法的参数是可以从上下文中推导出来的，为什么还要不厌其烦地写出来呢？这些机械的推导工作就交给编译器去做吧！

从上述代码中可以看到，IntStream接口名称被省略了，这里只使用了参数名和一个实现体，看起来简洁很多了。但是还不够，因为参数的类型也是可以推导的。既然是IntConsumer接口，参数自然是int类型的。

好了，现在连参数类型也省略了，但是两个花括号特别碍眼。虽然它们对程序没有什么影响，但是为了简单的一句执行语句要加上一对花括号实属多余，干脆也去掉吧！去掉花括号后，为了清晰起见，就把参数声明和接口实现放在一行吧！

这样看起来就好多了。此时，forEach()方法的参数依然是IntConsumer，但是它却以一种新的形式被定义，这就是lambda表达式。表达式由“->”分割，左半部分表示参数，右半部分表示实现体。我们可以简单地理解为：lambda表达式只是匿名对象实现的一种新的方式。实际上也是这样的。

有兴趣的读者可以使用虚拟机参数-Djdk.internal.lambda.dumpProxyClasses启动带有lambda表达式的Java小程序，该参数会将lambda表达式相关的中间类型输出，方便调试和学习。在本例中，输出了HelloFunction6$$Lambda$1.class类，使用以下命令反汇编：

在输出结果中，可以清楚地看到：

限于篇幅，这里只给出了我们关心的内容。首先，这个中间类型确实实现了IntConsumer接口。其次，在实现accept()方法时，它内部委托给了一个名为HelloFunction6.lambda$0()的方法，这个方法是编译时自动生成的。

使用以下命令查看HelloFunction6的编译结果：

我们很惊喜地找到了期待已久的lambda$0()方法，其实现如下：

它被实现为一个私有的静态方法，实现内容就是简单地进行了System.out.println()方法的调用，也正是代码中lambda表达式的内容。

由此可见，Java 8中对lambda表达式的处理几乎等同于匿名类的实现，但是在写法上和编程范式上有明显的区别。

不过，简化代码的流程并没有结束，在上一节中已经提到，Java 8还支持方法引用，你甚至连参数声明和传递都可以省略：

至此，欢迎大家正式进入Java 8函数式编程的殿堂，那些看似玄妙的lambda表达式的解析和工作原理已经介绍完毕。

使用lambda表达式不仅可以简化匿名类的编写，与接口的默认方法相结合，还可以使用更顺畅的流式API对各种组件进行更自由的装配。

下面这个例子对集合中的所有元素进行两次输出，一次输出到标准错误中，另一次输出到标准输出中：

这里首先使用方法引用，直接定义了两个IntConsumer接口实例，一个指向标准输出，另一个指向标准错误。用接口默认方法IntConsumer.addThen()将两个IntConsumer进行组合，得到一个新的IntConsumer，新的IntConsumer会依次调用outprintln和errprintln，完成对数组中元素的处理。

其中方法IntConsumer.addThen()的实现如下：

6、并行流与并行排序

Java 8可以在接口不变的情况下，将流改为并行流。这样，就可以很自然地使用多线程进行集合中的数据处理。

6.1、使用并行流过滤数据

现在让我们考虑这么一个简单的案例，统计1～1000000内质数的数量。首先，我们需要一个判断质数的方法：

给定一个数字，如果这个数字是质数，上述方法就返回true，否则返回false。

接着，使用函数式编程统计给定范围内所有的质数：

上述代码首先生成一个1到1000000的数字流。接着使用过滤方法，只选择所有的质数，最后进行数量统计。

上述代码是串行的，将它改造成并行计算非常简单，只需要将流并行化即可：

在上述代码中，parallel()方法得到一个并行流，然后在并行流上进行过滤，此时PrimeUtil.isPrime()方法会被多线程并发调用，应用于流中的所有元素。

6.2、从集合得到并行流

在函数式编程中，我们可以从集合得到一个流或者并行流。下面这段代码试图统计集合内所有学生的平均分：

从集合对象List中，我们使用stream()方法可以得到一个流。如果希望将这段代码并行化，则可以使用parallelStream()方法：

可以看到，将原有的串行方式改造成并行方式是非常容易的。

6.3、并行排序

除了并行流，对于普通数组，Java 8也提供了简单的并行功能。比如，进行数组排序可以使用Arrays.sort()方法，当然这是串行排序方法，在Java 8中可以使用新增的Arrays.parallelSort()方法直接进行并行排序。

比如，你可以这样使用：

除了并行排序，Arrays中还增加了一些API用于数组中数据的赋值，比如：

这是一个函数式味道很浓的接口，它的第二个参数是一个函数式接口。如果我们想给数组中每一个元素都附上一个随机值，则可以这么做：

当然，以上过程是串行的。但是只要使用setAll()方法对应的并行版本，你就可以在多个CPU上执行它：