本篇主要介绍了Java8函数库Vavr，可以帮助你理解Java中的函数式编程，通过具体的内容展示，希望对Java开发的学习有一定的帮助。

每当JDK发布了新版本就有同学说“你发任你发，我用Java 8”，可在工作中有不少人依然不太擅长使用Java8的新特性，而这些特性往往让Java不再“臃肿”。不过我个人认为Java8所有的新特性中最具有代表性的一定是函数式编程。有人会说这种风格太抽象难懂了，当你熟练掌握这种设定之后，你一定会感到很香。慢慢地你也会领会到函数式编程的魅力和精髓。今天介绍一个函数式Java工具包，它表现了很多优秀的函数式编程思想。以前介绍的熔断降级组件Hystrix的替代品resilience4j就基于vavr库。

Vavr

Vavr是一个Java8函数库，它运用了大量的函数式编程范式。创造性地封装了一些持久性的数据结构和函数式控制结构。而且从中可以学到很多有用的编程思想。

可观察的副作用

我们的代码中经常会出现一些看不见的陷阱，从代码语义中这些陷阱是无法被观察的。例如

int divide(int a, int b){

 return a/b;

}

我们知道a/b会得到一个整数，但是却不能从代码上明确地知道如果b=0将会抛出java.lang.ArithmeticException异常;而如果是a+b则不会带来任何副作用。所以我们需要让这种副作用是可观察的。对于这一点Vavr做出了一种设计：

Try<Integer> divide(Integer a, Integer b) {

    return Try.of(() -> a / b);

}

将可能的副作用封装到一个容器中，明确了可能的失败，当你看到返回的是Try时，就意味着结果可能“并不顺利”，以便于针对性地进行预防。

不可变的数据结构

很多语言都在使用不可变的数据结构，比如Golang、Kotlin。主要原因是不可变的值：

本质上是线程安全的，因此不需要同步

对于equals和hashCode是可靠的

不需要克隆

在非受检unchecked类型转换中是类型安全的

对于函数式编程来说不可变值是最透明的

为此Vavr设计了一个集合类库，旨在代替Java中的集合框架。Vavr 的集合库包含一组丰富的函数式数据结构，这些数据结构建立在 lambdas 之上。它们与 Java 原始集合共享的唯一接口是Iterable。这些数据结构是持久性的，一旦初始化本身就不可改变，你可以使用一些操作来返回更改后的副本。例如经典的数据结构单向链表：

// 1   2  3

List<Integer> source = List.of(1, 2, 3);

如果我们将一个新元素0放在原始链表尾部的前面

//  0  2  3

List<Integer> newHeadList = source.tail().prepend(0);

//  1  2  3

System.out.println(source);

原始链表保持不变，新的链表大小保持不变元素被替换了。当然你可以使用其它API来生成一个大小变化的副本，不过可以肯定的是原始的链表一定不会发生改变。

// 0 1 2 3

List<Integer> prepend = source.prepend(0);

// 1 2 3 0

List<Integer> append = source.append(0);

这只是其中的一部分编程思想，接下来我将介绍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。

元组

熟悉Python的同学对元组(Tuple)一定不陌生。元组将固定数量的元素组合在一起，以便它们可以作为一个整体传递。与数组或列表不同，元组可以包含不同类型的对象，但它也是不可变的。目前Vavr提供了最多8个元素的元组结构。

// (felord.cn, 22)

Tuple2<String, Integer> java8 = Tuple.of("felord.cn", 22);  

// felord.cn

String s = java8._1;  

// 22

Integer i = java8._2;

这个可以用来模拟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则提供了更加丰富的Function扩展，例如可以组合多个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，还可以让潜在的副作用降级(lift)，有点类似于微服务的熔断，以避免在函数执行中处理异常

Function2<Integer, Integer, Integer> divide = (a, b) -> a / b;

// 降级  

Function2<Integer, Integer, Option<Integer>> safeDivide = Function2.lift(divide);

// 返回一个加强版的Optional

Option<Integer> apply = safeDivide.apply(1, 0);

boolean empty = apply.isEmpty();

// true

System.out.println(empty);

还有派生操作：

Function2<Integer, Integer, Integer> divide = (a, b) -> a / b;

Function1<Integer, Integer> a = divide.apply(4);

Integer apply = a.apply(2);

这有点类似于柯里化，当我们用到更多入参时柯里化才更加明显：

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);

猜一猜答案是几?

带有特性的值容器

这个不太好用中文说明，有一些值带有独特的性质，比如开头提到的Try,用来显式表明可能遇到异常。Vavr提供了很多具有独特性质的值容器。

Option

类似Optional，但是比Optional更加强大。

Lazy

Lazy是一个惰性计算的容器，表示当使用时才去计算且只计算一次。

Lazy<Double> lazy = Lazy.of(Math::random);

lazy.isEvaluated(); // = false

lazy.get();         // = 0.123   

lazy.isEvaluated(); // = true

lazy.get();         // = 0.123  

// 需要使用数据时才从数据源加载

Data lazyData = Lazy.val(DataSourceService::get, Data.class);

其它还有一些非常有用的容器，你可以尝试它们。

模式匹配

函数式编程语言大都支持模式匹配，同为JVM语言的Scala中就有这种特性，而Java目前是没有的。可以有效地帮助我们减少if-else，举个例子：

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;

  }

你就说吧，绕不绕?，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")

     );

 }

当然还有其它一些玩法需要你自己去发现。

总结

函数式编程作为Java8最大的一个亮点(个人认为)，对于习惯于传统OOP编程的开发者来说确实不容易接受。你不妨从Vavr类库入手去学习函数式编程的思想。今天介绍的只是它很少的一部分，还有更多等着你去发现、去借鉴。忘记说了，如果你想在项目中引用它，可以引入下面这个坐标：

<!-- 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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