关于java:实用函数式-Java-PFJ简介

【注】本文译自：Introduction To Pragmatic Functional Java – DZone Java

实用函数式（Pragmatic Funcational）Java 是一种基于函数式编程概念的古代、十分简洁但可读的 Java 编码格调。

实用函数式 Java (PFJ) 试图定义一种新的习用 Java 编码格调。编码格调，将齐全利用以后和行将推出的 Java 版本的所有性能，并波及编译器来帮忙编写简洁但牢靠和可读的代码。
尽管这种格调甚至能够在 Java 8 中应用，但在 Java 11 中它看起来更加简洁和简洁。它在 Java 17 中变得更具表现力，并受害于每个新的 Java 语言性能。
但 PFJ 不是收费的午餐，它须要开发人员的习惯和办法产生重大扭转。扭转习惯并不容易，传统的命令式习惯尤其难以解决。
这值得么？的确！PFJ 代码简洁、富裕表现力且牢靠。它易于浏览和保护，并且在大多数状况下，如果代码能够编译 – 它能够工作！

PFJ 源自一本精彩的 Effective Java 书籍，其中蕴含一些额定的概念和约定，特地是源自函数式编程（FP：Functional Programming）。请留神，只管应用了 FP 概念，但 PFJ 并未尝试强制执行特定于 FP 的术语。（只管对于那些有趣味进一步摸索这些概念的人，咱们也提供了参考）。
PFJ 专一于：

加重心理累赘。
进步代码可靠性。
进步长期可维护性。
借助编译器来帮忙编写正确的代码。
让编写正确的代码变得简略而天然，编写不正确的代码尽管依然可能，但应该须要付出致力。

只管指标雄心勃勃，但只有两个要害的 PFJ 规定：

尽可能防止 null。
没有业务异样。

上面，更具体地探讨了每个要害规定：

变量的可空性是非凡状态之一。它们是家喻户晓的运行时谬误和样板代码的起源。为了打消这些问题并示意可能失落的值，PFJ 应用 Option<T> 容器。这涵盖了可能呈现此类值的所有状况 – 返回值、输出参数或字段。
在某些状况下，例如出于性能或与现有框架兼容性的起因，类可能会在外部应用 null。这些状况必须分明记录并且对类用户不可见，即所有类 API 都应应用 Option<T>。
这种办法有几个长处：

可空变量在代码中立刻可见。无需浏览文档、查看源代码或依赖正文。
编译器辨别可为空和不可为空的变量，并避免它们之间的谬误赋值。
打消了 null 查看所需的所有样板。

PFJ 仅应用异样来示意致命的、不可复原的（技术）故障的状况。此类异样可能仅出于记录和 / 或失常敞开应用程序的目标而被拦挡。不激励并尽可能防止所有其余异样及其拦挡。
业务异样是非凡状态的另一种状况。为了流传和解决业务级谬误，PFJ 应用 Result<T> 容器。同样，这涵盖了可能呈现谬误的所有状况 – 返回值、输出参数或字段。实际表明，字段很少（如果有的话）须要应用这个容器。
没有任何正当的状况能够应用业务级异样。与通过专用包装办法与现有 Java 库和遗留代码交互。Result<T> 容器蕴含这些包装办法的实现。
无业务异样 规定具备以下长处：

能够返回谬误的办法在代码中立刻可见。无需浏览文档、查看源代码或剖析调用树，以查看能够抛出哪些异样以及在哪些条件下被抛出。
编译器强制执行正确的错误处理和流传。
简直没有错误处理和流传的样板。
咱们能够为 高兴的日子 场景编写代码，并在最不便的点处理错误 – 异样的原始用意，这一点实际上从未实现过。
代码放弃可组合、易于浏览和推理，在执行流程中没有暗藏的中断或意外的转换——你读到的就是将要执行的。

好的，要害规定看起来不错而且很有用，然而真正的代码会是什么样子呢？
让咱们从一个十分典型的后端代码开始：

public interface UserRepository {User findById(User.Id userId);
}

public interface UserProfileRepository {UserProfile findById(User.Id userId);
}

public class UserService {
    private final UserRepository userRepository;
    private final UserProfileRepository userProfileRepository;

    public UserWithProfile getUserWithProfile(User.Id userId) {User user = userRepository.findById(userId);
        if (user == null) {throw UserNotFoundException("User with ID" + userId + "not found");
        }
        UserProfile details = userProfileRepository.findById(userId);
        return UserWithProfile.of(user, details == null ? UserProfile.defaultDetails() : details);
    }
}

示例结尾的接口是为了上下文清晰而提供的。次要的趣味点是 getUserWithProfile 办法。咱们一步一步来剖析。

第一条语句从用户存储库中检索 user 变量。
因为用户可能不存在于存储库中，因而 user 变量可能为 null。以下 null 查看验证是否是这种状况，如果是，则抛出业务异样。
下一步是检索用户配置文件详细信息。不足细节不被视为谬误。相同，当短少详细信息时，配置文件将应用默认值。

下面的代码有几个问题。首先，如果存储库中不存在值，则返回 null 从接口看并不显著。咱们须要查看文档，钻研实现或猜想这些存储库是如何工作的。
有时应用注解来提供提醒，但这依然不能保障 API 的行为。
为了解决这个问题，让咱们将规定利用于存储库：

public interface UserRepository {Option<User> findById(User.Id userId);
}

public interface UserProfileRepository {Option<UserProfile> findById(User.Id userId);
}

当初无需进行任何猜想 – API 明确告知可能不存在返回值。
当初让咱们再看看 getUserWithProfile 办法。要留神的第二件事是该办法可能会返回一个值或可能会引发异样。这是一个业务异样，因而咱们能够利用该规定。更改的次要指标 – 明确办法可能返回值或谬误的事实：

public Result<UserWithProfile> getUserWithProfile(User.Id userId) {

好的，当初咱们曾经清理了 API，能够开始更改代码了。第一个变动是由 userRepository 当初返回
Option<User> 引起的：

public Result<UserWithProfile> getUserWithProfile(User.Id userId) {Option<User> user = userRepository.findById(userId);
}

当初咱们须要检查用户是否存在，如果不存在，则返回一个谬误。应用传统的命令式办法，代码应该是这样的：

public Result<UserWithProfile> getUserWithProfile(User.Id userId) {Option<User> user = userRepository.findById(userId);
   
    if (user.isEmpty()) {return Result.failure(Causes.cause("User with ID" + userId + "not found"));
    }

}
代码看起来不是很吸引人，但也不比原来的差，所以临时放弃原样。
下一步是尝试转换残余局部的代码：

public Result<UserWithProfile> getUserWithProfile(User.Id userId) {Option<User> user = userRepository.findById(userId);
   
    if (user.isEmpty()) {return Result.failure(Causes.cause("User with ID" + userId + "not found"));
    }

    Option<UserProfile> details = userProfileRepository.findById(userId);
   
}

问题来了：详细信息和用户存储在 Option<T> 容器中，因而要组装 UserWithProfile，咱们须要以某种形式提取值。这里可能有不同的办法，例如，应用 Option.fold() 办法。生成的代码必定不会很漂亮，而且很可能会违反规定。
还有另一种办法 – 应用 Option<T> 是具备非凡属性的容器这一事实。
特地是，能够应用 Option.map() 和 Option.flatMap() 办法转换 Option<T> 中的值。此外，咱们晓得，details 值将由存储库提供或替换为默认值。为此，咱们能够应用 Option.or() 办法从容器中提取详细信息。让咱们试试这些办法：

public Result<UserWithProfile> getUserWithProfile(User.Id userId) {Option<User> user = userRepository.findById(userId);
   
    if (user.isEmpty()) {return Result.failure(Causes.cause("User with ID" + userId + "not found"));
    }

    UserProfile details = userProfileRepository.findById(userId).or(UserProfile.defaultDetails());
   
    Option<UserWithProfile> userWithProfile =  user.map(userValue -> UserWithProfile.of(userValue, details));
   
}

当初咱们须要编写最初一步 – 将 userWithProfile 容器从 Option<T> 转换为 Result<T>：

public Result<UserWithProfile> getUserWithProfile(User.Id userId) {Option<User> user = userRepository.findById(userId);
   
    if (user.isEmpty()) {return Result.failure(Causes.cause("User with ID" + userId + "not found"));
    }

    UserProfile details = userProfileRepository.findById(userId).or(UserProfile.defaultDetails());

    Option<UserWithProfile> userWithProfile =  user.map(userValue -> UserWithProfile.of(userValue, details));

    return userWithProfile.toResult(Cause.cause(""));
}

咱们临时将 return 语句中的谬误起因留空，而后再次查看代码。
咱们能够很容易地发现一个问题：咱们必定晓得 userWithProfile 总是存在 – 当 user 不存在时，下面曾经解决了这种状况。咱们怎样才能解决这个问题？
请留神，咱们能够在不检查用户是否存在的状况下调用 user.map()。仅当 user 存在时才会利用转换，否则将被疏忽。这样，咱们能够打消 if(user.isEmpty()) 查看。让咱们在传递给 user.map() 的 lambda 中挪动对 User 的 details 检索和转换到 UserWithProfile 中：

public Result<UserWithProfile> getUserWithProfile(User.Id userId) {Option<UserWithProfile> userWithProfile = userRepository.findById(userId).map(userValue -> {UserProfile details = userProfileRepository.findById(userId).or(UserProfile.defaultDetails());
        return UserWithProfile.of(userValue, details);
    });
   
    return userWithProfile.toResult(Cause.cause(""));
}

当初须要更改最初一行，因为 userWithProfile 可能会缺失。该谬误将与以前的版本雷同，因为仅当 userRepository.findById(userId) 返回的值缺失时，userWithProfile 才会缺失：

public Result<UserWithProfile> getUserWithProfile(User.Id userId) {Option<UserWithProfile> userWithProfile = userRepository.findById(userId).map(userValue -> {UserProfile details = userProfileRepository.findById(userId).or(UserProfile.defaultDetails());
        return UserWithProfile.of(userValue, details);
    });
   
    return userWithProfile.toResult(Causes.cause("User with ID" + userId + "not found"));
}

最初，咱们能够内联 details 和 userWithProfile，因为它们仅在创立后立刻应用一次：

public Result<UserWithProfile> getUserWithProfile(User.Id userId) {return userRepository.findById(userId)
        .map(userValue -> UserWithProfile.of(userValue, userProfileRepository.findById(userId)
                                                                             .or(UserProfile.defaultDetails())))
        .toResult(Causes.cause("User with ID" + userId + "not found"));
}

请留神缩进如何帮忙将代码分组为逻辑链接的局部。
让咱们来剖析后果代码：

代码更简洁，为 高兴的日子 场景编写，没有明确的谬误或 null 查看，没有烦扰业务逻辑
没有简略的办法能够跳过或防止谬误或 null 查看，编写正确牢靠的代码是间接而天然的。

不太显著的察看：

所有类型都是主动派生的。这简化了重构并打消了不必要的凌乱。如果须要，依然能够增加类型。
如果在某个时候存储库将开始返回 Result<T> 而不是 Option<T>，代码将放弃不变，除了最初一个转换 (toResult) 将被删除。
除了用 Option.or() 办法替换三元运算符之外，后果代码看起来很像如果咱们将传递给 lambda 外部的原始 return 语句中的代码移动到 map() 办法。

最初一个察看对于开始不便地编写（浏览通常不是问题）PFJ 格调的代码十分有用。它能够改写为以下教训规定：在右侧寻找值。比拟一下：

User user = userRepository.findById(userId); // <-- 值在表达式右边

和

return userRepository.findById(userId)
.map(user -> ...); // <-- 值在表达式左边

这种有用的察看有助于从遗留命令式代码格调向 PFJ 转换。

不用说，现有代码不遵循 PFJ 办法。它抛出异样，返回 null 等等。有时能够从新编写此代码以使其与 PFJ 兼容，但通常状况并非如此。对于内部库和框架尤其如此。

遗留代码调用有两个次要问题。它们中的每一个都与违反相应的 PFJ 规定无关：

Result<T> 蕴含一个名为 lift() 的辅助办法，它涵盖了大多数用例。办法签名看起来是这样：

static <R> Result<R> lift(FN1<? extends Cause, ? super Throwable> exceptionMapper, ThrowingSupplier<R> supplier)

第一个参数是将异样转换为 Cause 实例的函数（反过来，它用于在失败状况下创立 Result<T> 实例）。第二个参数是 lambda，它封装了对须要与 PFJ 兼容的理论代码的调用。
在 Causesutility 类中提供了最简略的函数，它将异样转换为 Cause 的实例：fromThrowable()。它们能够与 Result.lift() 一起应用，如下所示：

public static Result<URI> createURI(String uri) {return Result.lift(Causes::fromThrowable, () -> URI.create(uri));
}

这种状况相当简略 – 如果 API 能够返回 null，只需应用 Option.option() 办法将其包装到 Option<T> 中。

有时须要容许遗留代码调用以 PFJ 格调编写的代码。特地是，当一些较小的子系统转换为 PFJ 格调时，通常会产生这种状况，但零碎的其余部分依然以旧格调编写，并且须要保留 API。最不便的办法是将实现拆分为两局部——PFJ 格调的 API 和适配器，它只将新 API 适配到旧 API。这可能是一个十分有用的简略辅助办法，如下所示：

public static <T> T unwrap(Result<T> value) {
    return value.fold(cause -> { throw new IllegalStateException(cause.message()); },
        content -> content
    );
}

在 Result<T> 中没有提供随时可用的辅助办法，起因如下：

可能有不同的用例，并且能够抛出不同类型的异样（已检查和未查看）。
将 Cause 转换为不同的特定异样在很大水平上取决于特定的用例。

本节将专门介绍在编写 PFJ 格调代码时呈现的各种理论案例。
上面的示例假如应用 Result<T>，但这在很大水平上无关紧要，因为所有思考因素也实用于 Option<T>。此外，示例假设示例中调用的函数被转换为返回 Result<T> 而不是抛出异样。

函数格调代码大量应用 lambda 来执行 Option<T> 和 Result<T> 容器内的值的计算和转换。每个 lambda 都隐式地为其参数创立了作用域——它们能够在 lambda 主体外部拜访，但不能在其内部拜访。
这通常是一个有用的属性，但对于传统的命令式代码，它很不寻常，一开始可能会感觉不不便。侥幸的是，有一种简略的技术能够克服感知上的不便。
咱们来看看上面的命令式代码：

var value1 = function1(...); // function1()
 可能抛出异样
var value2 = function2(value1, ...); // function2() 可能抛出异样
var value3 = function3(value1, value2, ...); // function3() 可能抛出异样

变量 value1 应该可拜访以调用 function2() 和 function3()。这的确意味着间接转换为 PFJ 款式将不起作用：

function1(...)
.flatMap(value1 -> function2(value1, ...))
.flatMap(value2 -> function3(value1, value2, ...)); // <-- 错, value1 不可拜访

为了放弃值的可拜访性，咱们须要应用嵌套作用域，即嵌套调用如下：

function1(...)
.flatMap(value1 -> function2(value1, ...)
    .flatMap(value2 -> function3(value1, value2, ...)));

第二次调用 flatMap() 是针对 function2 返回的值而不是第一个 flatMap() 返回的值。通过这种形式，咱们将 value1 放弃在范畴内，并使 function3 能够拜访它。
只管能够创立任意深度的嵌套作用域，但通常多个嵌套作用域更难浏览和遵循。在这种状况下，强烈建议将更深的范畴提取到专用函数中。

另一个常常察看到的状况是须要计算 / 检索几个独立的值，而后进行调用或构建一个对象。让咱们看看上面的例子：

var value1 = function1(...);    // function1() 可能抛出异样
var value2 = function2(...);    // function2() 可能抛出异样
var value3 = function3(...);    // function3() 可能抛出异样
return new MyObject(value1, value2, value3);

乍一看，转换为 PFJ 款式能够与嵌套作用域完全相同。每个值的可见性将与命令式代码雷同。可怜的是，这会使范畴嵌套很深，尤其是在须要获取许多值的状况下。
对于这种状况，Option<T> 和 Result<T> 提供了一组 all() 办法。这些办法执行所有值的“并行”计算并返回 MapperX<...> 接口的专用版本。这个接口只有三个办法—— id()、map() 和 flatMap()。map() 和 flatMap() 办法的工作形式与 Option<T> 和 Result<T> 中的相应办法完全相同，只是它们承受具备不同数量参数的 lambda。让咱们来看看它在实践中是如何工作的，并将下面的命令式代码转换为 PFJ 款式：

return Result.all(function1(...),
          function2(...),
          function3(...)
        ).map(MyObject::new);

除了紧凑和扁平之外，这种办法还有一些长处。首先，它明确表白用意——在应用前计算所有值。命令式代码按程序执行此操作，暗藏了原始用意。第二个长处 – 每个值的计算是独立的，不会将不必要的值带入范畴。这缩小了了解和推理每个函数调用所需的上下文。

一个不太常见但依然很重要的状况是咱们须要检索一个值，但如果它不可用，那么咱们应用该值的代替起源。当有多个代替计划可用时，这种状况的频率甚至更低，而且在波及错误处理时会更加苦楚。
咱们来看看上面的命令式代码：

MyType value;

try {value = function1(...);
} catch (MyException e1) {
    try {value = function2(...);    
    } catch(MyException e2) {
        try {value = function3(...);
        } catch(MyException e3) {... // repeat as many times as there are alternatives}
    }
}

代码是人为设计的，因为嵌套案例通常暗藏在其余办法中。尽管如此，整体逻辑并不简略，次要是因为除了抉择值之外，咱们还须要处理错误。错误处理使代码变得凌乱，并使初始用意 – 抉择第一个可用的代替计划 – 暗藏在错误处理中。
转变为 PFJ 格调使用意十分清晰：

var value = Result.any(function1(...),
        function2(...),
        function3(...)
    );

可怜的是，这里有一个重要的区别：原始命令式代码仅在必要时计算第二个和后续代替项。在某些状况下，这不是问题，但在许多状况下，这是十分不可取的。侥幸的是，Result.any() 有一个惰性版本。应用它，咱们能够重写代码如下：

var value = Result.any(function1(...),
        () -> function2(...),
        () -> function3(...)
    );

当初，转换后的代码的行为与它的命令式对应代码齐全一样。

这两个容器在函数式编程术语中是单子（monad）。
Option<T> 是 Option/Optional/Maybe monad 的间接实现。
Result<T> 是 Either<L,R> 的特意简化和专门版本：左类型是固定的，应该实现 Cause 接口。专业化使 API 与 Option<T> 十分类似，并以失去通用性为代价打消了许多不必要的输出。
这个特定的实现集中在两件事上：

与现有 JDK 类（如 Optional<T> 和 Stream<T>）之间的互操作性
用于明确用意表白的 API

最初一句话值得更深刻的解释。
每个容器都有几个外围办法：

工厂办法
map() 转换方法，转换值但不扭转非凡状态：present Option<T> 放弃 present，success Result<T> 放弃 success。
flatMap() 转换方法，除了转换之外，还能够扭转非凡状态：将 Option<T> present 转换为 empty 或将 Result<T> success 转换为 failure。
fold() 办法，它同时解决两种状况（Option<T> 的 present/empty 和 Result<T> 的 success/failure）。

除了外围办法，还有一堆辅助办法，它们在常常察看到的用例中很有用。
在这些办法中，有一组办法是明确设计来产生副作用的。
Option<T> 有以下 副作用 的办法：

Option<T> whenPresent(Consumer<? super T> consumer);
Option<T> whenEmpty(Runnable action);
Option<T> apply(Runnable emptyValConsumer, Consumer<? super T> nonEmptyValConsumer);

Result<T> 有以下 副作用 的办法：

Result<T> onSuccess(Consumer<T> consumer);
Result<T> onSuccessDo(Runnable action);
Result<T> onFailure(Consumer<? super Cause> consumer);
Result<T> onFailureDo(Runnable action);
Result<T> apply(Consumer<? super Cause> failureConsumer, Consumer<? super T> successConsumer);

这些办法向读者提供了代码解决副作用而不是转换的提醒。

除了 Option<T> 和 Result<T> 之外，PFJ 还应用了一些其余通用类。上面，将对每种办法进行更具体地形容。

JDK 提供了许多有用的性能接口。可怜的是，通用函数的函数式接口仅限于两个版本：单参数 Function<T, R> 和两个参数 BiFunction<T, U, R>。
显然，这在许多理论状况中是不够的。此外，出于某种原因，这些函数的类型参数与 Java 中函数的申明形式相同：后果类型列在最初，而在函数申明中，它首先定义。
PFJ 为具备 1 到 9 个参数的函数应用一组统一的函数接口。为简洁起见，它们被称为 FN1…FN9。到目前为止，还没有更多参数的函数用例（通常这是代码异味）。但如果有必要，该清单能够进一步扩大。

元组是一种非凡的容器，可用于在单个变量中存储多个不同类型的值。与类或记录不同，存储在其中的值没有名称。这使它们成为在保留类型的同时捕捉任意值集的不可或缺的工具。这个用例的一个很好的例子是 Result.all() 和 Option.all() 办法集的实现。
在某种意义上，元组能够被认为是为函数调用筹备的 一组解冻的参数。从这个角度来看，让元组外部值只能通过 map() 办法拜访的决定听起来很正当。然而，具备 2 个参数的元组具备额定的拜访器，能够应用 Tuple2<T1,T2> 作为各种 Pair<T1,T2> 实现的代替。
PFJ 应用一组统一的元组实现，具备 0 到 9 个值。提供具备 0 和 1 值的元组以放弃一致性。

实用函数式 Java 是一种基于函数式编程概念的古代、十分简洁但可读的 Java 编码格调。与传统的习用 Java 编码格调相比，它提供了许多益处：

PFJ 借助 Java 编译器来帮忙编写牢靠的代码：
- 编译的代码通常是无效的
- 许多谬误从运行时转移到编译时
- 某些类别的谬误，例如 NullPointerException 或未解决的异样，实际上已被打消
PFJ 显着缩小了与谬误流传和解决以及 null 查看相干的样板代码量
PFJ 专一于清晰表白用意并缩小心理累赘

关于java:实用函数式-Java-PFJ简介

实用函数式 Java 的元素

尽可能防止 null（ANAMAP 规定）

无业务异样（NBE 规定）

将遗留代码转换为 PFJ 格调的代码

与遗留代码交互

调用遗留代码

解决业务异样

解决 null 值返回

提供遗留 API

治理变量作用域

嵌套作用域

平行作用域

代替作用域

Option<T> 和 Result<T> 的简要技术概述

其余有用的工具

Functions（函数）

Tuples（元组）

论断

Just My Socks（注册教程内含优惠码）

关于java:实用函数式-Java-PFJ简介

实用函数式 Java 的元素

尽可能防止 null（ANAMAP 规定）

无业务异样（NBE 规定）

将遗留代码转换为 PFJ 格调的代码

与遗留代码交互

调用遗留代码

解决业务异样

解决 null 值返回

提供遗留 API

治理变量作用域

嵌套作用域

平行作用域

代替作用域

Option<T> 和 Result<T> 的简要技术概述

其余有用的工具

Functions（函数）

Tuples（元组）

论断

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