首先函數(shù)式編程中的比較鮮明的特性就是不可變性和無副作用。
不可變性簡(jiǎn)單點(diǎn)說,就是不會(huì)改變已經(jīng)定義的變量
在面向?qū)ο蠡蛘呙嫦蜻^程式的編程中,當(dāng)遇到一些需要計(jì)算累計(jì)值的時(shí)候,我們通常會(huì)定義某個(gè)變量,再對(duì)變量的賦值不斷更新,最后輸出變量的最終結(jié)果。
假設(shè)需要計(jì)算班級(jí)某門課程平均分,學(xué)生分?jǐn)?shù)結(jié)構(gòu)如下:
class StudentScore { public String id; public String studentId; public String courseId; public String classId; public Double score; public StudentScore(String id, String studentId, String courseId, String classId, Double score) { this.id = id; this.studentId = studentId; this.courseId = courseId; this.classId = classId; this.score = score; } public Double getScore() { return score; }}
在面向?qū)ο蠡蛘呙嫦蜻^程式的編程中,我們通常會(huì)將計(jì)算平均分的方法的實(shí)現(xiàn)寫成下面這樣:
public Double avgScore(List<StudentScore> studentScores) { Double sumScore = 0d; for (StudentScore studentScore : studentScores) { sumScore += studentScore.getScore(); } return sumScore / studentScores.size(); }
在函數(shù)式編程中,某個(gè)變量被定義了之后就不會(huì)再改變。同樣的計(jì)算累計(jì)值的場(chǎng)景,在函數(shù)式編程中則可以被定義為一連串的函數(shù)的鏈?zhǔn)秸{(diào)用,最后返回最終的結(jié)果。
public Double avgScoreFP(List<StudentScore> studentScores) { return studentScores.stream().map(StudentScore::getScore) .reduce((d1, d2) -> (d1 + d2) / 2).orElse(0d); }
這么做的好處就是,代碼會(huì)更加健壯可靠,對(duì)于問題的調(diào)查也會(huì)更加容易。當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)某個(gè)計(jì)算值有誤時(shí),在可變變量的場(chǎng)景中,我們就需要結(jié)合實(shí)際代碼,調(diào)查變量所有引用和改動(dòng)的地方。
當(dāng)定義的變量都不可變時(shí),問題只會(huì)出現(xiàn)在某個(gè)較小的函數(shù)的計(jì)算當(dāng)中,這部分計(jì)算邏輯中。我們只需要關(guān)注函數(shù)的輸入和輸出就能調(diào)查出具體問題是出在函數(shù)調(diào)用鏈的哪個(gè)環(huán)節(jié)上。然后再針對(duì)該函數(shù)編寫相應(yīng)的單元測(cè)試用例,便能保證代碼的穩(wěn)定性。
而且鏈?zhǔn)降暮瘮?shù)調(diào)用,每個(gè)函數(shù)都是較小的計(jì)算單元,測(cè)試用例的場(chǎng)景也會(huì)相對(duì)較小,編寫單元測(cè)試用例時(shí),也會(huì)加簡(jiǎn)單容易。
無副作用是指函數(shù)的實(shí)現(xiàn)時(shí),不應(yīng)該對(duì)入?yún)⒆鋈魏胃模⒈WC對(duì)系統(tǒng)是無影響的。這和面向?qū)ο缶幊淌怯泻艽蟛顒e的。
比如需要更新學(xué)生成績(jī)時(shí),面向?qū)ο缶幊蹋瑒t可能是學(xué)生成績(jī)類,會(huì)具有一個(gè)可以直接設(shè)置新成績(jī)的方法來更新學(xué)生成績(jī)。
public void updateScore(StudentScore studentScore, Double newScore) { studentScore.setScore(newScore); }
這種實(shí)現(xiàn)方式,無疑已經(jīng)對(duì)入?yún)?nbsp;studenScore 造成了影響。如果有更復(fù)雜的邏輯,多次更新 studentScore 的 score 屬性的值,那么最終,誰也無法預(yù)知原先的這個(gè) studentScore 的最終狀態(tài)是什么樣子。
面向?qū)ο蟮淖畲髥栴},就是對(duì)象狀態(tài)的不確定性。某個(gè)對(duì)象經(jīng)過一連串的方法調(diào)用后,很難判斷出對(duì)象的最終狀態(tài),其中如果涉及到緩存,并發(fā)等問題,問題的調(diào)查則會(huì)更加困難。
在函數(shù)式編程中,則完全不同,我們需要定義一個(gè)函數(shù),入?yún)樵瓕W(xué)生科目信息,和需要更改的成績(jī)最新值,返回值則將是另一個(gè)新的學(xué)生成績(jī)實(shí)例。
public StudentScore updatedScoreFP(StudentScore studentScore, Double newScore) { return new StudentScore(studentScore.id, studentScore.studentId, studentScore.courseId, studentScore.classId, newScore); }
而上面的這種寫法,我們能夠保證原先的 studentScore 是不會(huì)被更改的,這個(gè)函數(shù)無論入?yún)⒃趺锤鼡Q,最終的輸出都是一個(gè)新的 StudentScore 對(duì)象。這個(gè)函數(shù)無論入?yún)⒃趺醋兓瑹o論被調(diào)用多少次,對(duì)外部系統(tǒng)都是無影響的。
函數(shù)式編程所強(qiáng)調(diào)的無副作用,是指函數(shù)的調(diào)用不會(huì)對(duì)系統(tǒng)、入?yún)⒃斐扇魏魏瘮?shù)功能以外的影響。同一個(gè)對(duì)象無論調(diào)用某個(gè)函數(shù)多少次,該對(duì)象的屬性依舊不變。對(duì)象新的狀態(tài)則是通過新的對(duì)象體現(xiàn)。這雖然會(huì)耗費(fèi)一些資源,但是能使我們編寫的代碼更加穩(wěn)定可靠。
對(duì)于變量不可變性的實(shí)踐,java中可以盡量在變量的定義時(shí)使用final關(guān)鍵字修飾。對(duì)于無副作用的實(shí)踐,java中并沒有專門的語法糖支持,但是JDK1.8之后的 Stream 操作( map, reduce, groupBy 等)以及相關(guān)的函數(shù)式編程相關(guān)的支持都是值得去實(shí)踐的。
在Scala中對(duì)于對(duì)象的不可變性,可以通過 case class 來定義純數(shù)據(jù)類,保證相關(guān)的數(shù)據(jù)類實(shí)例的不可變性,對(duì)于一般變量則通過 var 和 val 區(qū)分變量是否可變,一般變量盡量使用val關(guān)鍵字修飾以保證其不可變。無副作用的實(shí)踐上,Scala中對(duì)于類對(duì)象的操作則可以封裝在類的伴生對(duì)象中。當(dāng)然也需要自己在開發(fā)過程中具備保證函數(shù)無副作用的意識(shí)。
上面例子的Scala 2實(shí)現(xiàn)如下:
package demo.basiccase class StudentScore(id: String, studentId: String, courseId: String, classId: String, score: Double) { override def toString: String = s"StudentScore:{id: ${id}, studentId:${studentId}, courseId:${courseId}, score: ${score}}"}object StudentScore { def avgScore(studentScores: Array[StudentScore]): Double = { studentScores.map[Double](s => s.score).reduce((s1, s2) => (s1 + s2) / 2) } def updateScore(studentScore: StudentScore, newScore: Double): StudentScore = { StudentScore(studentScore.id, studentScore.studentId, studentScore.courseId, studentScore.classId, newScore) }}object FunctionalProgramingDemo { def main(args: Array[String]): Unit = { val s1 = StudentScore("id-0001", "student-0001", "course-0001", "class-0001", 83.5) val s2 = StudentScore("id-0002", "student-0002", "course-0001", "class-0001", 82.0) val s3 = StudentScore("id-0002", "student-0003", "course-0001", "class-0001", 81.0) val scores = Array(s1, s2, s3) val avgScore = StudentScore.avgScore(scores) println(avgScore) val s3New = StudentScore.updateScore(s3, 79.5) println(s3) println(s3New) /* 81.875 StudentScore:{id: id-0002, studentId:student-0003, courseId:course-0001, score: 81.0} StudentScore:{id: id-0002, studentId:student-0003, courseId:course-0001, score: 79.5} * */ }}
總之函數(shù)式編程所強(qiáng)調(diào)的的不可變性和無副作用,能夠幫助我們編寫出更加穩(wěn)定可靠的代碼,構(gòu)建更加健壯的系統(tǒng)。
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