Java 函数式接口（Functional Interface）

news2025/7/18 12:13:44

一、理论说明

1. 函数式接口的定义

Java 函数式接口是一种特殊的接口，它只包含一个抽象方法（Single Abstract Method, SAM），但可以包含多个默认方法或静态方法。函数式接口是 Java 8 引入 Lambda 表达式的基础，通过函数式接口可以将行为作为参数传递，实现更简洁、灵活的代码。

2. 核心特性

@FunctionalInterface 注解：可选注解，用于标记接口为函数式接口，编译器会检查该接口是否只有一个抽象方法。
与 Lambda 表达式的关系：Lambda 表达式是函数式接口的实例，可直接赋值给函数式接口类型的变量。
内置函数式接口：Java 8 在 java.util.function 包中提供了一系列通用的函数式接口，如 Predicate、Function、Consumer 等。

二、内置函数式接口

Java 8 提供了四大核心函数式接口，覆盖了常见的函数式编程场景：

1. `Predicate<T>`

接收一个参数，返回布尔值，用于判断条件。

@FunctionalInterface
public interface Predicate<T> {
    boolean test(T t);
}

// 使用示例
Predicate<Integer> isEven = num -> num % 2 == 0;
System.out.println(isEven.test(4)); // 输出: true

2. `Function<T, R>`

接收一个参数，返回另一个类型的结果，用于类型转换。

@FunctionalInterface
public interface Function<T, R> {
    R apply(T t);
}

// 使用示例
Function<String, Integer> strLength = s -> s.length();
System.out.println(strLength.apply("hello")); // 输出: 5

3. `Consumer<T>`

接收一个参数，不返回结果，用于消费数据。

@FunctionalInterface
public interface Consumer<T> {
    void accept(T t);
}

// 使用示例
Consumer<String> printer = s -> System.out.println(s);
printer.accept("Hello, World!"); // 输出: Hello, World!

4. `Supplier<T>`

不接收参数，返回一个结果，用于提供数据。

@FunctionalInterface
public interface Supplier<T> {
    T get();
}

// 使用示例
Supplier<Double> randomSupplier = () -> Math.random();
System.out.println(randomSupplier.get()); // 输出随机数

三、自定义函数式接口

可以通过 @FunctionalInterface 注解定义自己的函数式接口：

@FunctionalInterface
public interface Calculator {
    int calculate(int a, int b); // 唯一的抽象方法
    
    // 默认方法（非抽象）
    default void printResult(int result) {
        System.out.println("计算结果: " + result);
    }
}

// 使用 Lambda 表达式实现
Calculator adder = (a, b) -> a + b;
Calculator subtractor = (a, b) -> a - b;

System.out.println(adder.calculate(5, 3)); // 输出: 8
adder.printResult(10); // 输出: 计算结果: 10

四、方法引用（Method Reference）

方法引用是 Lambda 表达式的一种简化形式，用于直接引用已存在的方法。

1. 静态方法引用

// Lambda 表达式
Function<String, Integer> parseInt = s -> Integer.parseInt(s);

// 方法引用
Function<String, Integer> parseIntRef = Integer::parseInt;

2. 实例方法引用

// Lambda 表达式
Consumer<String> printer = s -> System.out.println(s);

// 方法引用
Consumer<String> printerRef = System.out::println;

3. 构造方法引用

// Lambda 表达式
Supplier<List<String>> listSupplier = () -> new ArrayList<>();

// 方法引用
Supplier<List<String>> listSupplierRef = ArrayList::new;

五、应用实例

1. 集合过滤（Predicate）

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;

public class FilterExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6);
        
        // 过滤偶数
        List<Integer> evenNumbers = numbers.stream()
                .filter(n -> n % 2 == 0) // 使用 Predicate
                .collect(Collectors.toList());
        
        System.out.println(evenNumbers); // 输出: [2, 4, 6]
    }
}

2. 数据转换（Function）

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;

public class MapExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> words = Arrays.asList("hello", "world");
        
        // 转换为大写
        List<String> upperCaseWords = words.stream()
                .map(String::toUpperCase) // 使用 Function
                .collect(Collectors.toList());
        
        System.out.println(upperCaseWords); // 输出: [HELLO, WORLD]
    }
}

3. 事件处理

@FunctionalInterface
public interface ClickListener {
    void onClick(String event);
}

public class Button {
    private ClickListener listener;
    
    public void setOnClickListener(ClickListener listener) {
        this.listener = listener;
    }
    
    public void simulateClick() {
        if (listener != null) {
            listener.onClick("Button clicked");
        }
    }
}

// 使用 Lambda 表达式处理事件
Button button = new Button();
button.setOnClickListener(event -> System.out.println("处理事件: " + event));
button.simulateClick(); // 输出: 处理事件: Button clicked