（3）lambda与函数式——响应式Spring的道法术器

向右看齐 2022-05-30 07:55 212阅读 0赞

> 本系列其他文章见：[《响应式Spring的道法术器》][Spring]。  
> 前情提要：[响应式编程][Link 1] | [响应式流][Link 2]

## 1.3 Hello,reactive world ##

前面两篇文章介绍了[响应式编程][Link 1]和[响应式流][Link 2]的特性，一味讲概念终是枯燥，还是上手敲一敲代码实在感受一下响应式编程的“手感”吧。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2dldF9zZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

这一节，我们先了解一下lambda与函数式（已经了解的朋友可以直接跳到1.3.2），熟悉一下如何使用Reactor进行响应式编程，然后使用Spring Boot2，基于Spring 5的Webflux和Reactive Spring Data逐步开发一个“Hello world”级别的RESTful service。

### 1.3.1 lambda与函数式 ###

在响应式编程中，lambda与函数式的出镜率相当高，以至于网上经常有朋友直接用“函数响应式编程”用在“响应式编程”的介绍中。这两个词的异同一直存在争议，其区别虽然不像“JavaScript与Java”、“雷锋塔与雷峰”那么大，但随便混用还是会显得非常不专业：

*  函数响应式编程的重点在于“函数式”的语言特性，这个概念在二十年前就[盖棺定论][Link 3]了。
 *  响应式编程的重点在于“基于事件流”的异步编程范式，由不断产生的数据/时间来推动逻辑的执行。

本系列文章讨论的都是“响应式编程”，关于“函数响应式编程”，你就当没听过，并谨慎地使用它就好了。

#### 1.3.1.1 lambda表达式 ####

书回正传，为什么响应式编程中会经常用到lambda与函数式呢？不知你对1.1.3节的一段伪代码是否还有印象：

cartEventStream
            // 分别计算商品金额
            .map(cartEvent -> cartEvent.getProduct().getPrice() * cartEvent.getQuantity())
            ...

`cartEventStream`是一个数据流，其中的元素就是一个一个的`cartEvent`，`map`方法能够对`cartEvent`进行“转换/映射”，这里我们将其转换为`double`类型的金额。

除了转换/映射（map）外，还有过滤（filter）、提供（supply）、消费（consume）等等针对流中元素的操作**逻辑/策略**，而逻辑/策略通常用方法来定义。

在Java 8之前，这就有些麻烦了。我们知道，Java是面向对象的编程语言，除了少数的原生类型外，一切都是对象。用来定义逻辑/策略的方法不能独立存在，必须被包装在一个对象中。比如我们比较熟悉的`Comparator`，其唯一的方法`compare`表示一种比较策略，在使用的时候，需要包装在一个对象中传递给使用该策略的方法。举例说明（[源码][Link 4]）：

@Test
    public void StudentCompareTest() {
        @Data @AllArgsConstructor class Student {   // 1
            private int id;
            private String name;
            private double height;
            private double score;
        }
    
        List<Student> students = new ArrayList<>();
        students.add(new Student(10001, "张三", 1.73, 88));
        students.add(new Student(10002, "李四", 1.71, 96));
        students.add(new Student(10003, "王五", 1.85, 88));
    
        class StudentIdComparator<S extends Student> implements Comparator<S> { // 2
            @Override
            public int compare(S s1, S s2) {
                return Integer.compare(s1.getId(), s2.getId());
            }
        }
    
        students.sort(new StudentIdComparator<>());
        System.out.println(students);
    }

1.  `@Data`和`@AllArgsConstructor`是lombok提供的注解，能够在编译的字节码中生成构造方法、getter/setter、toString等方法。依赖如下：
    
        <dependency>
             <groupId>org.projectlombok</groupId>
             <artifactId>lombok</artifactId>
             <version>1.16.20</version>
         </dependency>

> 注：本节及以后，关于maven的依赖，可自行至[maven搜索库][maven]中查询新的合适版本。

1.  `StudentIdComparator`中固化了一种针对`Student.id`的比较策略，当对`students`进行排序的时候，将`StudentIdComparator`的对象传给`sort`方法。输出顺序如下：
    
    \[Student(id=10001, name=张三, height=1.73, score=88.0), Student(id=10002, name=李四, height=1.71, score=96.0), Student(id=10003, name=王五, height=1.85, score=88.0)\]

假设这时候我们需要对学生的身高或分数进行排序，再定义`Comparator`的实现类有些麻烦了，而且没必要，“传统”的简化方式是直接传入匿名内部类：

students.sort(new Comparator<Student>() {
            @Override
            public int compare(Student s1, Student s2) {
                return Double.compare(s1.getHeight(), s2.getHeight());
            }
        });

但其实，我们会发现，无论哪种比较策略，只有`compare`方法内的代码发生变化，也就是说`sort`方法关心的只是传入的两个参数`Student s1, Student s2`以及返回的结论`return Double.compare(s1.getHeight(), s2.getHeight())`这一句比较策略，何不只保留它们呢？

students.sort((Student s1, Student s2) -> {return Double.compare(s1.getHeight(), s2.getHeight());});

这样看起来代码就少多了。其中`(Student s1, Student s2) -> {return Double.compare(s1.getHeight(), s2.getHeight())}`就是lambda表达式，lambda表达式的语法如下：

(type1 arg1, type2 arg2...) -> { body }

`->`前后分别表示参数和方法体。从代码编写方式上来说，这就可以算作是“函数式”编程范式了，因为我们传给`sort`的是一个lambda表达式的形式定义的“函数”，这个“函数”有输入和输出，在开发者看起来是赤裸裸的，没有使用对象封装起来的。

> “函数式”编程范式的核心特点之一：函数是"一等公民"。  
> 所谓"一等公民"（first class），指的是函数与其他数据类型一样，处于平等地位，可以赋值给其他变量，也可以作为参数，传入另一个函数，或者作为别的函数的返回值。

但也仅仅是“看起来”是“函数式”的了，Java终究是面向对象的语言，`List.sort`的方法定义仍然是接受一个`Comparator`对象作为参数的。但是一定要纠结Java是不是纯正的函数式语言吗？没这个必要，实用至上嘛。

既然如此，问题来了，`sort`是如何将这个lambda“看做”一个`Comparator`对象的呢？

不难发现，`Comparator`接口仅有一个抽象方法，因此`sort`也就不难“推断”lambda所定义的输入参数和方法体表示的正是这个唯一的抽象方法`compare`。

#### 1.3.1.2 函数式接口 ####

像`Comparator`这样的只有一个抽象方法的接口，叫做函数式接口（Functional Interface）。与`Comparator`类似，其他函数式接口的唯一的抽象方法也可以用lambda来表示。

我们看一下`Comparator`的源码，发现其多了一个`@FunctionalInterface`的注解，用来表明它是一个函数式接口。标记了该注解的接口有且仅有一个抽象方法，否则会报编译错误。

再看一下其他的仅有一个抽象方法的接口，比如`Runnable`和`Callable`，发现也都在Java 8之后加了`@FunctionalInterface`注解。对于Runnable来说，接口定义如下：

@FunctionalInterface
    public interface Runnable {
        public abstract void run();
    }

不难推测，其lambda的写法应该是 `() -> { body }`，它不接收任何参数，方法体中也无`return`返回值，用起来像这样：

new Thread(() -> {doSomething();});

此外，随lambda一同增加的还有一个[`java.util.function`包][java.util.function]，其中定义了一些常见的函数式接口的。比如：

*  `Function`，接受一个输入参数，返回一个结果。参数与返回值的类型可以不同，我们之前的`map`方法内的lambda就是表示这个函数式接口的；
 *  `Consumer`，接受一个输入参数并且无返回的操作。比如我们针对数据流的每一个元素进行打印，就可以用基于`Consumer`的lambda；
 *  `Supplier`，无需输入参数，只返回结果。看接口名就知道是发挥了对象工厂的作用；
 *  `Predicate`，接受一个输入参数，返回一个布尔值结果。比如我们在对数据流中的元素进行筛选的时候，就可以用基于`Predicate`的lambda；
 *  …

#### 1.3.1.3 简化的lambda ####

以lambda作为参数的方法能够推断出来lambda所表示的是哪个函数式接口的那个抽象方法。类似地，编译期还可以做更多的推断。我们再回到最初的`Comparator`的例子并继续简化如下lambda表达式：

students.sort((Student s1, Student s2) -> {return Double.compare(s1.getHeight(), s2.getHeight());});

1）首先，传入的参数类型是可以推断出来的。因为`students`是以`Student`为元素的数组`List<Student>`，其`sort`方法自然接收`Comparator<? super Student>`的对象作为参数，这一切都可以通过泛型约束。

students.sort((s1, s2) -> {return Double.compare(s1.getHeight(), s2.getHeight());});

2）如果只有一个`return`语句的话，`return`和方法体的大括号都可以省略(`compare`方法的返回值就是lambda返回值）：

students.sort((s1, s2) -> Double.compare(s1.getHeight(), s2.getHeight()));

3）注意到，`Comparator`接口还提供了丰富的静态方法，比如：

public static<T> Comparator<T> comparingDouble(ToDoubleFunction<? super T> keyExtractor) {
        Objects.requireNonNull(keyExtractor);
        return (Comparator<T> & Serializable)
            (c1, c2) -> Double.compare(keyExtractor.applyAsDouble(c1), keyExtractor.applyAsDouble(c2));
    }

这个方法为我们包装好了`Double.compare`。它接收一个返回类型为`Double`的函数式接口`ToDoubleFunction<? super T>`，可以看做是`Function<? super T, Double>`，用lambda表示的话就是`student -> student.getHeight()`。

因此，我们的`sort`方法又可以写作：

students.sort(Comparator.comparingDouble((student) -> student.getHeight()));

其一，对于只有一个参数的lambda来说，参数外边的小括号可以省略：

students.sort(Comparator.comparingDouble(student -> student.getHeight()));

其二，对于仅有一个方法调用的lambda方法体来说，通常又可以用`类::方法`进一步简化，以上代码又可以进一步简化为：

students.sort(Comparator.comparingDouble(Student::getScore));

这里是调用参数所代表对象的某个方法，与之类似的还有比如：

*  `string -> System.out.println(string)`，可以简化为`System.out::println`，这里是将参数作为`System.out::println`的参数了；
 *  `() -> new HashMap<>()`，可以简化为`HashMap::new`，这里没有参数，也可以进行简化。

使用`类::方法`这种写法是不是更加有函数式的感觉了呢，似乎真是把函数作为参数传递给某个方法了呢~

就不再继续举例了，以上这些形形色色的简化你可能会感觉难以记忆，其实无需记忆，多数IDE都能够提供简化建议的。

#### 1.3.1.4 总结 ####

在编程语言的世界里，Java就像是一个稳健的中年人，它始终将语言的向后兼容性和稳定性放在首位，不会随随便便因为某种语言特性或语法糖就心动，但是对于有显著预期收益的语言特性也会果断出击，泛型如此，lambda亦是如此，或许对它们的引入都不够彻底和完美，但却足够实用，能够给开发者带来很大便利。这应该也是Java语言能够持续保持活力的原因之一吧！

至于函数式方面更加复杂的概念，这里就不多介绍了。下面我们就认识一下Reactor吧~

[Spring]: http://blog.csdn.net/get_set/article/details/79466657
[Link 1]: http://blog.csdn.net/get_set/article/details/79455258
[Link 2]: http://blog.csdn.net/get_set/article/details/79466402
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2dldF9zZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220530/a68cb879add34aedb1ce891927010c2b.png
[Link 3]: http://conal.net/papers/icfp97/
[Link 4]: https://github.com/get-set/get-reactive/blob/master/snacks/src/test/java/com/getset/Test_1_3.java#L21
[maven]: http://search.maven.org
[java.util.function]: https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/util/function/package-frame.html