Java函数式编程：二、高阶函数，闭包，函数组合以及柯里化

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承接上文：Java函数式编程：一、函数式接口，lambda表达式和方法引用

这次来聊聊函数式编程中其他的几个比较重要的概念和技术，从而使得我们能更深刻的掌握Java中的函数式编程。

本篇博客主要聊聊以下几个问题

高阶函数
闭包概念
函数组合处理函数的使用
柯里化以及部分求值

下面开始：

1、高阶函数

高阶函数这里指的可不是数学里的那个，这里主要要从维度这个概念理解，什么叫高维？如果a是一维，那么生成a的存在就是高维。在这里，函数就是这个a，高阶函数指的就是能生成函数或是以函数为参数的函数

定义： 高阶函数 是一个 能接受函数作为参数 或 能够把函数作为返回值 的函数。

public interface Function{

    String str(String s);

}

public class Procudure{

    // 下面就是一个标准的高阶函数

    public Function(String s){

        return s -> s.upperCase();

    }

}

这里有两点：

我们可以通过继承 java.util.function 中的接口，或是自定义一个函数式接口来为专门的接口创建别名
有了lambda表达式，很明显，我们很轻松就能创建并返回一个函数

但是这只是基本的，还记得函数式编程的意义吗？这里的关键在于，有时候，我们可以根据接受的函数，让高阶函数生成一个新的函数。

public class test {

    public static Function<String, String> transform(Function<String, String> f){

        return f.andThen(String::toUpperCase);

    }

    public static void main(String[] args) {

        Function<String, String> transform = test2.transform(str -> {

            return str.substring(0, 2);

        });

        String s = transform.apply("abcdefg");

        System.out.println(s);

    }

}

可以看到，这里我们通过 andThen() 这个 Function 接口的通用方法，连接了前后两个方法，并且使得无论我们输入了什么，都会将该字符串转化为全大写，后面我们输入了一个截取前两个字符作为返回值的方法，但很明显，这里可以有更多的选择，并且我们实际上也可以通过方法引用来引用某些定义好的函数，非常灵活。

2、闭包

什么是闭包？

考虑一个lambda表达式，它使用了其函数作用域之外的变量。当返回该函数时会发生什么呢？也即，当我们通过调用lambda表达式产生的匿名方法引用这些外部变量会发生什么呢？

如果一门语言能够解决这个问题，我们就认为该语言是支持闭包的，或者也可以说它支持词法作用域。

这里还涉及到一个术语： 变量捕获

上面听起来是不是不明白，没关系，给个例子：

public class Example{

    IntSupplier plus(int x){

        int y = 1;

        return () -> x + y;

    }

}

考虑这个类和其中的方法 plus(int x) ，你会不会发现有一些问题。

因为我们的 plus(int x) 方法返回的是一个函数，这里假设返回的函数是 f(int x) ，也就是说， f(int x) 返回时， plus(int x) 已经执行结束，所以其中的变量 int y = 1; 已经脱离了作用域，那么等到我们获取了 f(int x) 的对象再调用到 f(int x) 方法时，这个 y 要怎么办呢？

你会发现，上面的这个方法是可以被编译执行成功的，但是下面的这个就不行：

public class Example{

    IntSupplier plus(int x){

        int y = 1;

        return () -> x + (++y);

    }

}

为什么呢？编译器提示： lambda 表达式中使用的变量应为 final 或有效 final

这句话就说的很明白了，对于第一个例子，我们的 y 虽然没 final 关键字，但它是事实上的 final 变量，一旦这里赋值就不会再改动，而对于第二个方法来说则相当于把 y 赋予了新的值。

这里如果我们使用的是引用，比如下面这个例子

public class Example{

    IntSupplier plus(int x){

        Queue<Integer> y = new LinkedList<>();

        y.offer(1);

        return () -> x + y.poll();

    }

}

注意，这里是可以通过编译的，因为实际上我们只需要保证这个引用所指向的对象不被修改，避免后面调用返回的函数时却突然发现找不到对应的对象即可。

所以，Java提供的闭包的条件是， 我们必须要能够保证，被捕获的变量是 final 的 。

不过要注意的是，这里如果是多线程情况的话，不能保证线程安全。

3、函数组合

之前我们有提到 andThen() 这个方法，这些方法在 Java.util.function 包中的各个函数式接口中各有提供，总的来说有这么几种：

andThen(arg)
- 先执行原始操作，再执行参数操作
compose(arg)
- 先执行参数操作，再执行原始操作
and(arg)
- 对原始谓词和参数谓词做逻辑与运算
or(arg)
- 对原始谓词和参数谓词做逻辑或运算
negate()
- 所得谓词为原始谓词取反

在后面的流处理章节，你将会体会到这些函数组合的力量。

4、柯里化和部分求值

所谓柯里化，就是指将一个接受多个参数的函数转变为一系列，只接受一个参数的函数，在面向函数编程里这么做的目的，就跟我们在面向对象编程里需要抽象出接口和抽象类是一样的，目的就是我们可以通过部分求值来复用这些代码。

public class Currying{

    // 未柯里化的函数

    static String unCurried(String a,String b){

        return a + b;

    }

    // 柯里化的函数

    static Function<String, Function<String, String>> Curried(){

        return a -> b -> a + b;

    }

    // 实例

    public static void main(String[] args) {

        Function<String, Function<String, String>> curried = test2.Curried();

        System.out.println(unCurried("hello ", "World"));

        Function<String, String> firstWord = curried.apply("hello ");

        System.out.println(firstWord.apply("World"));

        System.out.println(firstWord.apply("My friend"));

        System.out.println(firstWord.apply("My love"));

    }

    /**

    	输出

        hello World

        hello World

        hello My friend

        hello My love

    **/

}