這個類庫可以幫助你理解Java中的函數式編程
每當JDK發布了新版本就有同學說“你發任你發，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”。不過我個人認為Java8所有的新特性中最具有代表性的一定是函數式編程。有人會說這種風格太抽象難懂了，當你熟練掌握這種設定之后，你一定會感到很香。慢慢地你也會領會到函數式編程的魅力和精髓。今天介紹一個函數式Java工具包，它表現了很多優秀的函數式編程思想。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Java8函數庫，它運用了大量的函數式編程范式。創造性地封裝了一些持久性的數據結構和函數式控制結構。而且從中可以學到很多有用的編程思想。
可觀察的副作用
我們的代碼中經常會出現一些看不見的陷阱，從代碼語義中這些陷阱是無法被觀察的。例如
- int divide(int a, int b){
- return a/b;
- }
我們知道a/b會得到一個整數，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Vavr做出了一種設計：
- Try<Integer> divide(Integer a, Integer b) {
- return Try.of(() -> a / b);
- }
將可能的副作用封裝到一個容器中，明確了可能的失敗，當你看到返回的是Try
不可變的數據結構
很多語言都在使用不可變的數據結構，比如Golang、Kotlin。主要原因是不可變的值：
- 本質上是線程安全的，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類型轉換中是類型安全的
- 對于函數式編程來說不可變值是最透明的
為此Vavr設計了一個集合類庫，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式數據結構，這些數據結構建立在 lambdas 之上。它們與 Java 原始集合共享的唯一接口是Iterable。這些數據結構是持久性的，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。例如經典的數據結構單向鏈表：
- // 1 2 3
- List<Integer> source = List.of(1, 2, 3);
如果我們將一個新元素0放在原始鏈表尾部的前面
- // 0 2 3
- List<Integer> newHeadList = source.tail().prepend(0);
- // 1 2 3
- System.out.println(source);
原始鏈表保持不變，新的鏈表大小保持不變元素被替換了。當然你可以使用其它API來生成一個大小變化的副本，不過可以肯定的是原始的鏈表一定不會發生改變。
- // 0 1 2 3
- List<Integer> prepend = source.prepend(0);
- // 1 2 3 0
- List<Integer> append = source.append(0);
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的同學對元組(Tuple)一定不陌生。元組將固定數量的元素組合在一起，以便它們可以作為一個整體傳遞。與數組或列表不同，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個元素的元組結構。
- // (felord.cn, 22)
- Tuple2<String, Integer> java8 = Tuple.of("felord.cn", 22);
- // felord.cn
- String s = java8._1;
- // 22
- Integer i = java8._2;
這個可以用來模擬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擴展，例如可以組合多個Function
- Function1<Integer, Integer> multiplyByTwo = a -> a * 2;
- Function1<Integer, Integer> compose = multiplyByTwo.compose(a -> a + 1);
- // 6
- Integer apply = compose.apply(2);
除此之外，還可以讓潛在的副作用降級(lift)，有點類似于微服務的熔斷，以避免在函數執行中處理異常
- Function2<Integer, Integer, Integer> divide = (a, b) -> a / b;
- // 降級
- Function2<Integer, Integer, Option<Integer>> safeDivide = Function2.lift(divide);
- // 返回一個加強版的Optional
- Option<Integer> apply = safeDivide.apply(1, 0);
- boolean empty = apply.isEmpty();
- // true
- System.out.println(empty);
還有派生操作：
- Function2<Integer, Integer, Integer> divide = (a, b) -> a / b;
- Function1<Integer, Integer> a = divide.apply(4);
- Integer apply = a.apply(2);
這有點類似于柯里化，當我們用到更多入參時柯里化才更加明顯：
- Function3<Integer, Integer, Integer, Integer> sum = (a, b, c) -> a + b + c;
- final Function1<Integer, Function1<Integer, Integer>> add2 = sum.curried().apply(1);
- Integer apply = add2.apply(2).apply(3);
猜一猜答案是幾?
帶有特性的值容器
這個不太好用中文說明，有一些值帶有獨特的性質，比如開頭提到的Try,用來顯式表明可能遇到異常。Vavr提供了很多具有獨特性質的值容器。
Option
類似Optional，但是比Optional更加強大。
Lazy
Lazy是一個惰性計算的容器，表示當使用時才去計算且只計算一次。
- Lazy<Double> lazy = Lazy.of(Math::random);
- lazy.isEvaluated(); // = false
- lazy.get(); // = 0.123
- lazy.isEvaluated(); // = true
- lazy.get(); // = 0.123
- // 需要使用數據時才從數據源加載
- Data lazyData = Lazy.val(DataSourceService::get, Data.class);
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。可以有效地幫助我們減少if-else，舉個例子：
- public static String convert(int input) {
- String output;
- if (input == 1) {
- output = "one";
- } else if (input == 2) {
- output = "two";
- } else if (input == 3) {
- output = "three";
- } else {
- output = "unknown";
- }
- return output;
- }
你就說吧，繞不繞?，Vavr就清爽多了。
- public static String vavrMatch(int input) {
- return Match(input).of(
- Case($(1), "one"),
- Case($(2), "two"),
- Case($(3), "three"),
- Case($(), "unknown")
- );
- }
當然還有其它一些玩法需要你自己去發現。
總結
函數式編程作為Java8最大的一個亮點(個人認為)，對于習慣于傳統OOP編程的開發者來說確實不容易接受。你不妨從Vavr類庫入手去學習函數式編程的思想。今天介紹的只是它很少的一部分，還有更多等著你去發現、去借鑒。忘記說了，如果你想在項目中引用它，可以引入下面這個坐標：
- <!-- https://mvnrepository.com/artifact/io.vavr/vavr -->
- <dependency>
- <groupId>io.vavr</groupId>
- <artifactId>vavr</artifactId>
- <version>0.10.3</version>
- </dependency>
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