Java函数式编程的基础与实践

函数式编程(FP)是一种编程范式，它是一种将计算过程视为函数求值的方法。Java 8引入了lambda表达式和流API，使得Java也成为一门支持FP的语言。

在FP中，函数被视为第一等公民，即函数可作为变量被传递，作为返回值返回，并可以在函数内部定义。传递函数作为参数是FP中常用的技巧，例如：

public static int doOperation(int num1, int num2, IntBinaryOperator operator) {
    return operator.applyAsInt(num1, num2);
}

IntBinaryOperator add = (a, b) -> a + b;
doOperation(2, 3, add); // output: 5

在上面的例子中，IntBinaryOperator是一个函数式接口，它定义了一个名为applyAsInt的抽象方法，接收两个int类型的参数，返回一个int。我们可以使用lambda表达式来创建一个IntBinaryOperator类型的add变量，用于传递给doOperation方法来执行加法操作。

通过使用FP，我们可以减少可变状态和副作用，提高程序的可读性、可维护性和可测试性。下面是一个比较常见的面向对象(OOP)的示例，计算一组商品价格的总价：

public class ShoppingCart {
    private List<Item> items;

    public ShoppingCart(List<Item> items) {
        this.items = items;
    }

    public double calculateTotalPrice() {
        double totalPrice = 0;
        for (Item item : items) {
            totalPrice += item.getPrice();
        }
        return totalPrice;
    }
}

在OOP中，我们需要通过循环来遍历每个Item，并调用它的getPrice方法来计算总价。但是在FP中，我们可以使用reduce操作来实现同样的功能：

public class ShoppingCart {
    private List<Item> items;

    public ShoppingCart(List<Item> items) {
        this.items = items;
    }

    public double calculateTotalPrice() {
        return items.stream()
                .mapToDouble(Item::getPrice)
                .reduce(0.0, Double::sum);
    }
}

在上面的例子中，我们使用了流API中的mapToDouble方法，通过Item::getPrice将每个Item对象映射成它的价格，之后使用reduce方法计算总价。

函数式编程也可以与设计模式相结合，例如使用策略模式：

public interface PaymentStrategy {
    void pay(double amount);
}

public class CreditCardStrategy implements PaymentStrategy {
    @Override
    public void pay(double amount) {
        // 实现信用卡支付逻辑
    }
}

public class Payment {
    private PaymentStrategy strategy;

    public Payment(PaymentStrategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }

    public void pay(double amount) {
        strategy.pay(amount);
    }
}

在使用FP时，我们可以将策略模式的实现改为使用Lambda表达式：

Payment payment = new Payment(amount -> System.out.println("Pay with credit card: " + amount));
payment.pay(10.0);

在上面的例子中，我们使用Lambda表达式创建一个Payment对象，并传递一个匿名函数。

虽然FP具有很多优点，但并不适用于所有情况。例如，对于需要频繁更新和修改的代码，使用FP的开销可能太大。在Java中，FP需要先将对象转换为流，这可能会影响性能。因此，在进行性能敏感的操作时，需要谨慎使用FP。

总之，使用FP可以增强代码的可读性、可维护性和可测试性。在Java中，我们可以使用lambda表达式和流API来实现FP，并结合设计模式和其他技术来编写高效、优雅的代码。