背景
在很長的一段時間裡，Java一直是面向對象的語言，一切皆對象，如果想要調用一個函數，函數必須屬於一個類或對象，然後在使用類或對象進行調用。但是在其它的編程語言中，如JS、C++，我們可以直接寫一個函數，然後在需要的時候進行調用，既可以說是面向對象編程，也可以說是函數式編程。從功能上來看，面向對象編程沒什麼不好的地方，但是從開發的角度來看，面向對象編程會多寫很多可能是重複的代碼行。比如創建一個Runnable的匿名類的時候：
Runnable runnable = new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("do something...");
}
};這一段代碼中真正有用的只有run方法中的內容，剩餘的部分都是屬於Java編程語言的結構部分，沒什麼用，但是要寫。幸運的是Java 8開始，引入了函數式編程接口與Lambda表達式，幫助我們寫更少更優雅的代碼：
// 一行即可
Runnable runnable = () -> System.out.println("do something...");現在主流的編程範式主要有三種，面向過程、面向對象和函數式編程。
函數式編程並非一個很新的東西，早在50多年前就已經出現了。近幾年，函數式編程越來越被人關注，出現了很多新的函數式編程語言，比如Clojure、Scala、Erlang等。一些非函數式編程語言也加入了很多特性、語法、類庫來支持函數式編程，比如Java、Python、Ruby、JavaScript等。除此之外，Google Guava也有對函數式編程的增強功能。
函數式編程因其編程的特殊性，僅在科學計算、數據處理、統計分析等領域，才能更好地發揮它的優勢，所以它並不能完全替代更加通用的面向對象編程範式。但是作為一種補充，它也有很大存在、發展和學習的意義。
什麼是函數式編程
函數式編程的英文翻譯是Functional Programming。
那到底什麼是函數式編程呢？實際上，函數式編程沒有一個嚴格的官方定義。嚴格上來講，函數式編程中的“函數”，並不是指我們編程語言中的“函數”概念，而是指數學“函數”或者“表達式”（例如：y=f(x)）。不過，在編程實現的時候，對於數學“函數”或“表達式”，我們一般習慣性地將它們設計成函數。所以，如果不深究的話，函數式編程中的“函數”也可以理解為編程語言中的“函數”。
每個編程範式都有自己獨特的地方，這就是它們會被抽象出來作為一種範式的原因。面向對象編程最大的特點是：以類、對象作為組織代碼的單元以及它的四大特性。面向過程編程最大的特點是：以函數作為組織代碼的單元，數據與方法相分離。那函數式編程最獨特的地方又在哪裡呢？實際上，函數式編程最獨特的地方在於它的編程思想。函數式編程認為程序可以用一系列數學函數或表達式的組合來表示。函數式編程是程序面向數學的更底層的抽象，將計算過程描述為表達式。不過，這樣說你肯定會有疑問，真的可以把任何程序都表示成一組數學表達式嗎？
理論上講是可以的。但是，並不是所有的程序都適合這麼做。函數式編程有它自己適合的應用場景，比如科學計算、數據處理、統計分析等。在這些領域，程序往往比較容易用數學表達式來表示，比起非函數式編程，實現同樣的功能，函數式編程可以用很少的代碼就能搞定。但是，對於強業務相關的大型業務系統開發來說，費勁吧啦地將它抽象成數學表達式，硬要用函數式編程來實現，顯然是自討苦吃。相反，在這種應用場景下，面向對象編程更加合適，寫出來的代碼更加可讀、可維護。
再具體到編程實現，函數式編程跟面向過程編程一樣，也是以函數作為組織代碼的單元。不過，它跟面向過程編程的區別在於，它的函數是無狀態的。何為無狀態？簡單點講就是，函數內部涉及的變量都是局部變量，不會像面向對象編程那樣，共享類成員變量，也不會像面向過程編程那樣，共享全局變量。函數的執行結果只與入參有關，跟其他任何外部變量無關。同樣的入參，不管怎麼執行，得到的結果都是一樣的。這實際上就是數學函數或數學表達式的基本要求。舉個例子：
// 有狀態函數: 執行結果依賴b的值是多少，即便入參相同，
// 多次執行函數，函數的返回值有可能不同，因為b值有可能不同。
int b;
int increase(int a) {
return a + b;
}
// 無狀態函數：執行結果不依賴任何外部變量值
// 只要入參相同，不管執行多少次，函數的返回值就相同
int increase(int a, int b) {
return a + b;
}
不同的編程範式之間並不是截然不同的，總是有一些相同的編程規則。比如不管是面向過程、面向對象還是函數式編程，它們都有變量、函數的概念，最頂層都要有main函數執行入口，來組裝編程單元（類、函數等）。只不過，面向對象的編程單元是類或對象，面向過程的編程單元是函數，函數式編程的編程單元是無狀態函數。
Java對函數式編程的支持
實現面向對象編程不一定非得使用面向對象編程語言，同理，實現函數式編程也不一定非得使用函數式編程語言。現在，很多面向對象編程語言，也提供了相應的語法、類庫來支持函數式編程。
Java這種面向對象編程語言，對函數式編程的支持可以通過一個例子來描述：
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
Optional<Integer> result = Stream.of("a", "be", "hello")
.map(s -> s.length())
.filter(l -> l <= 3)
.max((o1, o2) -> o1-o2);
System.out.println(result.get()); // 輸出2
}
}這段代碼的作用是從一組字符串數組中，過濾出長度小於等於3的字符串，並且求得這其中的最大長度。
Java為函數式編程引入了三個新的語法概念：Stream類、Lambda表達式和函數接口（Functional Inteface）。Stream類用來支持通過“.”級聯多個函數操作的代碼編寫方式；引入Lambda表達式的作用是簡化代碼編寫；函數接口的作用是讓我們可以把函數包裹成函數接口，來實現把函數當做參數一樣來使用（Java 不像C那樣支持函數指針，可以把函數直接當參數來使用）。
Stream類
假設我們要計算這樣一個表達式：(3-1)*2+5。如果按照普通的函數調用的方式寫出來，就是下面這個樣子：
add(multiply(subtract(3,1),2),5);不過，這樣編寫代碼看起來會比較難理解，我們換個更易讀的寫法，如下所示：
subtract(3,1).multiply(2).add(5);在Java中，“.”表示調用某個對象的方法。為了支持上面這種級聯調用方式，我們讓每個函數都返回一個通用的Stream類對象。在Stream類上的操作有兩種：中間操作和終止操作。中間操作返回的仍然是Stream類對象，而終止操作返回的是確定的值結果。
再來看之前的例子，對代碼做了註釋解釋。其中map、filter是中間操作，返回Stream類對象，可以繼續級聯其他操作；max是終止操作，返回的不是Stream類對象，無法再繼續往下級聯處理了。
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
Optional<Integer> result = Stream.of("f", "ba", "hello") // of返回Stream<String>對象
.map(s -> s.length()) // map返回Stream<Integer>對象
.filter(l -> l <= 3) // filter返回Stream<Integer>對象
.max((o1, o2) -> o1-o2); // max終止操作：返回Optional<Integer>
System.out.println(result.get()); // 輸出2
}
}Lambda表達式
前面提到Java引入Lambda表達式的主要作用是簡化代碼編寫。實際上，我們也可以不用Lambda表達式來書寫例子中的代碼。我們拿其中的map函數來舉例說明。
下面三段代碼，第一段代碼展示了map函數的定義，實際上，map函數接收的參數是一個Function接口，也就是函數接口。第二段代碼展示了map函數的使用方式。第三段代碼是針對第二段代碼用Lambda表達式簡化之後的寫法。實際上，Lambda表達式在Java中只是一個語法糖而已，底層是基於函數接口來實現的，也就是第二段代碼展示的寫法。
// Stream類中map函數的定義：
public interface Stream<T> extends BaseStream<T, Stream<T>> {
<R> Stream<R> map(Function<? super T, ? extends R> mapper);
//...省略其他函數...
}
// Stream類中map的使用方法示例：
Stream.of("fo", "bar", "hello").map(new Function<String, Integer>() {
@Override
public Integer apply(String s) {
return s.length();
}
});
// 用Lambda表達式簡化後的寫法：
Stream.of("fo", "bar", "hello").map(s -> s.length());Lambda表達式包括三部分：輸入、函數體、輸出。表示出來的話就是下面這個樣子：
(a, b) -> { 語句1；語句2；...; return 輸出; } //a,b是輸入參數實際上，Lambda表達式的寫法非常靈活。上面給出的是標準寫法，還有很多簡化寫法。比如，如果輸入參數只有一個，可以省略 ()，直接寫成 a->{…}；如果沒有入參，可以直接將輸入和箭頭都省略掉，只保留函數體；如果函數體只有一個語句，那可以將{}省略掉；如果函數沒有返回值，return語句就可以不用寫了。
Optional<Integer> result = Stream.of("f", "ba", "hello")
.map(s -> s.length())
.filter(l -> l <= 3)
.max((o1, o2) -> o1-o2);
// 還原為函數接口的實現方式
Optional<Integer> result2 = Stream.of("fo", "bar", "hello")
.map(new Function<String, Integer>() {
@Override
public Integer apply(String s) {
return s.length();
}
})
.filter(new Predicate<Integer>() {
@Override
public boolean test(Integer l) {
return l <= 3;
}
})
.max(new Comparator<Integer>() {
@Override
public int compare(Integer o1, Integer o2) {
return o1 - o2;
}
});
Lambda表達式與匿名類的異同集中體現在以下三點上：
- Lambda就是為了優化匿名內部類而生，Lambda要比匿名類簡潔的多得多。
- Lambda僅適用於函數式接口，匿名類不受限。
- 即匿名類中的this是“匿名類對象”本身；Lambda表達式中的this是指“調用Lambda表達式的對象”。
函數接口
實際上，上面一段代碼中的Function、Predicate、Comparator都是函數接口。我們知道，C語言支持函數指針，它可以把函數直接當變量來使用。
但是，Java沒有函數指針這樣的語法。所以它通過函數接口，將函數包裹在接口中，當作變量來使用。實際上，函數接口就是接口。不過，它也有自己特別的地方，那就是要求只包含一個未實現的方法。因為只有這樣，Lambda表達式才能明確知道匹配的是哪個方法。如果有兩個未實現的方法，並且接口入參、返回值都一樣，那Java在翻譯Lambda表達式的時候，就不知道表達式對應哪個方法了。
函數式接口也是Java interface的一種，但還需要滿足：
- 一個函數式接口只有一個抽象方法(single abstract method)；
- Object類中的public abstract method不會被視為單一的抽象方法；
- 函數式接口可以有默認方法和靜態方法；
- 函數式接口可以用@FunctionalInterface註解進行修飾。
滿足這些條件的interface，就可以被視為函數式接口。例如Java 8中的Comparator接口：
@FunctionalInterface
public interface Comparator<T> {
/**
* single abstract method
* @since 1.8
*/
int compare(T o1, T o2);
/**
* Object類中的public abstract method
* @since 1.8
*/
boolean equals(Object obj);
/**
* 默認方法
* @since 1.8
*/
default Comparator<T> reversed() {
return Collections.reverseOrder(this);
}
/**
* 靜態方法
* @since 1.8
*/
public static <T extends Comparable<? super T>> Comparator<T> reverseOrder() {
return Collections.reverseOrder();
}
//省略...
}
函數式接口有什麼用呢？一句話，函數式接口帶給我們最大的好處就是：可以使用極簡的lambda表達式實例化接口。為什麼這麼說呢？我們或多或少使用過一些只有一個抽象方法的接口，比如Runnable、ActionListener、Comparator等等，比如我們要用Comparator實現排序算法，我們的處理方式通常無外乎兩種：
- 規規矩矩的寫一個實現了Comparator接口的Java類去封裝排序邏輯。若業務需要多種排序方式，那就得寫多個類提供多種實現，而這些實現往往只需使用一次。
- 另外一種聰明一些的做法無外乎就是在需要的地方搞個匿名內部類，比如：
public class Test {
public static void main(String args[]) {
List<Person> persons = new ArrayList<Person>();
Collections.sort(persons, new Comparator<Person>(){
@Override
public int compare(Person o1, Person o2) {
return Integer.compareTo(o1.getAge(), o2.getAge());
}
});
}
}匿名內部類實現的代碼量沒有多到哪裡去，結構也還算清晰。Comparator接口在Jdk 1.8的實現增加了FunctionalInterface註解，代表Comparator是一個函數式接口，使用者可放心的通過lambda表達式來實例化。那我們來看看使用lambda表達式來快速new一個自定義比較器所需要編寫的代碼：
Comparator<Person> comparator = (p1, p2) -> Integer.compareTo(p1.getAge(), p2.getAge());-> 前面的 () 是Comparator接口中compare方法的參數列表，-> 後面則是compare方法的方法體。
下面將Java提供的Function、Predicate這兩個函數接口的源碼，摘抄如下：
@FunctionalInterface
public interface Function<T, R> {
R apply(T t); // 只有這一個未實現的方法
default <V> Function<V, R> compose(Function<? super V, ? extends T> before) {
Objects.requireNonNull(before);
return (V v) -> apply(before.apply(v));
}
default <V> Function<T, V> andThen(Function<? super R, ? extends V> after) {
Objects.requireNonNull(after);
return (T t) -> after.apply(apply(t));
}
static <T> Function<T, T> identity() {
return t -> t;
}
}
@FunctionalInterface
public interface Predicate<T> {
boolean test(T t); // 只有這一個未實現的方法
default Predicate<T> and(Predicate<? super T> other) {
Objects.requireNonNull(other);
return (t) -> test(t) && other.test(t);
}
default Predicate<T> negate() {
return (t) -> !test(t);
}
default Predicate<T> or(Predicate<? super T> other) {
Objects.requireNonNull(other);
return (t) -> test(t) || other.test(t);
}
static <T> Predicate<T> isEqual(Object targetRef) {
return (null == targetRef)
? Objects::isNull
: object -> targetRef.equals(object);
}
}
@FunctionalInterface註解使用場景
我們知道，一個接口只要滿足只有一個抽象方法的條件，即可以當成函數式接口使用，有沒有 @FunctionalInterface 都無所謂。但是jdk定義了這個註解肯定是有原因的，對於開發者，該註解的使用一定要三思而後續行。
如果使用了此註解，再往接口中新增抽象方法，編譯器就會報錯，編譯不通過。換句話說，@FunctionalInterface 就是一個承諾，承諾該接口世世代代都只會存在這一個抽象方法。因此，凡是使用了這個註解的接口，開發者可放心大膽的使用Lambda來實例化。當然誤用 @FunctionalInterface 帶來的後果也是極其慘重的：如果哪天你把這個註解去掉，再加一個抽象方法，則所有使用Lambda實例化該接口的客戶端代碼將全部編譯錯誤。
特別地，當某接口只有一個抽象方法，但沒有用 @FunctionalInterface 註解修飾時，則代表別人沒有承諾該接口未來不增加抽象方法，所以建議不要用Lambda來實例化，還是老老實實的用以前的方式比較穩妥。
小結
函數式編程更符合數學上函數映射的思想。具體到編程語言層面，我們可以使用Lambda表達式來快速編寫函數映射，函數之間通過鏈式調用連接到一起，完成所需業務邏輯。Java的Lambda表達式是後來才引入的，由於函數式編程在並行處理方面的優勢，正在被大量應用在大數據計算領域。