Vavr(颠覆你对Java的认知)

用户10136162

发布于 2023-10-30 14:36:18

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文章被收录于专栏：Eliauk的小窝

Vavr(颠覆你对Java的认知)

什么是Vavr

Vavr core是一个Java函数库。它有助于减少代码量并提高健壮性。函数式编程的第一步是开始思考不可变的值。Vavr 提供不可变的集合以及必要的函数和控制结构来操作这些值。

引入依赖

maven

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>io.vavr</groupId>
        <artifactId>vavr</artifactId>
        <version>0.10.4</version>
    </dependency>
</dependencies>

gradle

dependencies {
    compile "io.vavr:vavr:0.10.4"
}

gradle 7+

dependencies {
    implementation "io.vavr:vavr:0.10.4"
}

1、Tuples(元组)

1.1 什么是元组

Java缺少元组的一般概念。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，元组可以保存不同类型的对象，但它们也是不可变的。元组的类型为 Tuple1、Tuple2、Tuple3 等。目前有 8 个元素的上限。要访问元组的元素，可以使用方法访问第一个元素，访问第二个元素，依此类推。tt._1t._2

1.2 创建元组

final Tuple2<Integer, String> eliauk = Tuple.of(1, "Eli auk");
Assert.equals(eliauk._1, 1);
Assert.equals(eliauk._2, "Eli auk");

通过Tuple.of()静态工厂方法创建元组，元组的类型为Tuple2，元组的元素类型为Integer和String，元组的元素个数为2，元组的元素下标从1开始。

1.3 逐个映射元组组件

final Tuple2<Integer, String> map = eliauk.map(
        a -> a + 1,
        b -> b + "1"
        );
Assert.equals(map._1, 2);
Assert.equals(map._2, "Eli auk1");

通过map()方法逐个映射元组组件，map()方法的参数为一个函数，函数的参数为元组的元素，函数的返回值为一个新的元组。

1.4 使用一个映射函数映射元组组件

final Tuple2<Integer, String> eliauk = Tuple.of(1, "Eli auk");
final Tuple2<Integer, String> map = eliauk.map((a, b) -> Tuple.of(a + 1, b + "1"));
Assert.equals(map._1, 2);
Assert.equals(map._2, "Eli auk1");

通过map()方法使用一个映射函数映射元组组件，map()方法的参数为一个函数，函数的参数为元组的元素，函数的返回值为一个新的元组。

1.5 变换元组

final String apply = eliauk.apply((a, b) -> b.substring(2) + a);
Assert.equals(apply, "i auk1");

通过apply()方法变换元组，apply()方法的参数为一个函数，函数的参数为元组的元素，函数的返回值为一个新的元组。

2、Function(函数)

2.1 什么是函数

函数式编程是关于使用函数进行值和值转换的。Java 8 只提供了一个接受一个参数和一个接受两个参数的参数。Vavr 提供的功能最多为 8 个参数。功能接口被调用等。

2.2 创建函数

2.2.1 匿名类创建

Function2<Integer, Integer, Integer> sum = new Function2<Integer, Integer, Integer>() {
    @Override
    public Integer apply(Integer a, Integer b) {
        return a + b;
    }
};

通过匿名类创建函数，匿名类的参数为函数的参数，匿名类的返回值为函数的返回值。

2.2.2 lambda表达式创建

Function2<Integer, Integer, Integer> sum = (a, b) -> a + b;

2.2.3 静态工厂创建

final Function1<Integer, Integer> function1 = Function1.of(a -> a + 1);

2.3 Composition(组合操作)

2.3.1 andThen

Function1<Integer, Integer> plusOne = a -> a + 1;
Function1<Integer, Integer> multiply = a -> a*2;
final Function1<Integer, Integer> add1AndMultiplyBy2 = plusOne.andThen(multiply);
Assert.equals(add1AndMultiplyBy2.apply(2),6);

通过andThen()方法组合函数，andThen()方法的参数为一个函数，函数的参数为当前函数的返回值，函数的返回值为一个新的函数。

2.3.2 compose

Function1<Integer, Integer> plusOne = a -> a + 1;
Function1<Integer, Integer> multiply = a -> a*2;
final Function1<Integer, Integer> add1AndMultiplyBy2 = plusOne.compose(multiply);
Assert.equals(add1AndMultiplyBy2.apply(2),5);

通过compose()方法组合函数，compose()方法的参数为一个函数，函数的参数为当前函数的参数，函数的返回值为一个新的函数。
andThen()和compose()的区别在于参数的顺序不同，andThen()方法的参数为一个函数，函数的参数为当前函数的返回值，compose()方法的参数为一个函数，函数的参数为当前函数的参数。上边说的解释可能太官方了，大概理解为andThen()方法是先执行当前函数，再执行参数函数，compose()方法是先执行参数函数，再执行当前函数。

2.4 Lifting(提升操作)

您可以将部分函数提升为返回结果的总函数。术语偏函数来自数学。从 X 到 Y 的部分函数是函数 f：X′ → Y，对于 X 的某个子集 X′。它推广了函数 f：X → Y 的概念，不强制 f 将 X 的每个元素映射到 Y 的元素。这意味着部分函数仅对某些输入值正常工作。如果使用不允许的输入值调用函数，它通常会引发异常。

2.4.1 lift

Function2<Integer, Integer, Integer> divide = (a, b) -> a / b;
final Option<Integer> apply = Function2.lift(divide).apply(1, 0);
Assert.equals(apply.isEmpty(),true);

通过lift()方法提升函数，lift()方法的参数为一个函数，函数的参数为当前函数的参数，函数的返回值为一个新的函数，新的函数的返回值为一个Option。

2.5 Partial application(部分应用)

部分应用程序允许您通过修复某些值从现有函数派生新函数。您可以修复一个或多个参数，固定参数的数量定义了新函数的 arity，例如 .参数从左到右绑定

2.5.1 apply

Function2<Integer, Integer, Integer> sum = Integer::sum;
Function1<Integer, Integer> add1 = sum.apply(1);
Function5<Integer, Integer, Integer, Integer, Integer, Integer> sum1 = (a, b, c, d, e) -> a + b + c + d + e;
Function2<Integer, Integer, Integer> add6 = sum1.apply(2, 3, 1);
final Function2<Integer, Integer, Integer> memoized = add6.memoized();
Assert.equals(add1.apply(2),3);
Assert.equals(add6.apply(4).apply(5),15);

通过apply()方法部分应用函数，可以先传一个参数再传一个在传一个从左到右一次绑定

2.5.2 curried

Function2<Integer, Integer, Integer> sum = Integer::sum;
final Function1<Integer, Integer> add1 = sum.curried().apply(1);
Function5<Integer, Integer, Integer, Integer, Integer, Integer> sum1 = (a, b, c, d, e) -> a + b + c + d + e;
final Function1<Integer, Function1<Integer, Function1<Integer, Function1<Integer, Integer>>>> apply = sum1.curried().apply(1);
Assert.equals(add1.apply(2),3);
Assert.equals(apply.apply(2).apply(3).apply(4).apply(5),15);

区别

语法: 偏函数通常通过 .apply() 来指定一些参数，而柯里化则使用 .curried().apply()。
返回类型: 偏函数直接返回一个新的函数，这个新的函数期待剩余的参数。柯里化返回一个新的单参数函数，这个函数会返回另一个单参数函数，依此类推。
灵活性: 偏函数更灵活，因为你可以一次性指定多个参数。柯里化则严格地每次只能应用一个参数。
用途: 偏函数通常用于指定一些固定的参数来创建新的函数。柯里化则更多地用于函数组合和链式调用。

2.6 Memoization(记忆化)

记忆是缓存的一种形式。记忆函数仅执行一次，然后从缓存返回结果。下面的示例在第一次调用时计算一个随机数，并在第二次调用时返回缓存的数字。

2.6.1 memoized

final Function0<Integer> randomGenerator = getRandomGenerator();
final Integer apply = randomGenerator.apply();
final Integer apply1 = randomGenerator.apply();
Assert.equals(apply,apply1);

肯定大多数人不太理解这个memoized和普通变量声明有什么区别，其实这个memoized是一个函数，这个函数的返回值是一个随机数，但是这个函数只会执行一次，第二次调用的时候会直接返回第一次调用的结果，这就是memoized的作用。普通变量声明

memoized与普通变量的区别与使用场景

配置设置: 当你有一个固定的值（如配置信息）需要在整个应用程序中使用时。

public static final String API_KEY = "your-api-key-here";

配置设置: 当你有一个固定的值（如配置信息）需要在整个应用程序中使用时。

public static final String API_KEY = "your-api-key-here";

单次计算: 当你只需要进行一次计算并存储结果时。

double squareRootOfTwo = Math.sqrt(2);

状态存储: 当你需要在应用程序的生命周期内维护某种状态时。

int counter = 0;

临时变量: 在循环或条件语句中作为临时存储。

for(int i = 0; i < 10; i++) {
    int square = i * i;
    System.out.println(square);
}

使用 Function0 和 `.memoized()`

缓存计算密集型操作: 如果你有一个计算密集型的操作，多次调用它是不高效的，你可以使用 .memoized() 来缓存结果。

Function0<Double> expensiveCalculation = Function0.of(() -> {
    // ... some expensive calculations
    return result;
}).memoized();

懒加载: 如果你有一个操作可能不会被立即需要，或者可能根本就不需要，使用 Function0 会更高效。

Function0<DatabaseConnection> lazyDbConnection = Function0.of(() -> connectToDatabase()).memoized();

函数组合: 当你需要将多个函数组合在一起进行复杂的操作时，使用 Function0 可以更容易地实现函数组合。

Function0<Integer> combinedFunction = Function0.of(() -> function1()).andThen(result -> function2(result));

高阶函数: 当你需要将函数作为参数传递或从另一个函数返回函数时。

public Function0<Double> getRandomGenerator() {
    return Function0.of(Math::random).memoized();
}

测试与模拟: 使用 Function0 可以更容易地在单元测试中模拟依赖。

Function0<Long> currentTimeProvider = Function0.of(System::currentTimeMillis).memoized();

3、Value(值)

3.1 Option(选项)

用法可以参考Stream-Query的Opp

3.2 Try(尝试)

用法可以参考Stream-Query的Opp中的ofTry

3.3 Lazy(懒加载)

惰性是表示惰性求值的 monadic 容器类型。与Supplier相比，Lazy 是记忆的，即它只评估一次，因此在引用上是透明的。

Lazy<Double> lazy = Lazy.of(Math::random);
lazy.isEvaluated(); // = false
lazy.get();         // = 0.123 (random generated)
lazy.isEvaluated(); // = true
lazy.get();
Assert.equals(lazy.get(),lazy.get());
final Supplier<Double> doubleSupplier = Math::random;
doubleSupplier.get();
doubleSupplier.get();
Assert.notEquals(doubleSupplier.get(),doubleSupplier.get());

通过Lazy.of()方法创建Lazy，Lazy.of()方法的参数为一个函数，函数的返回值为Lazy的值，Lazy的值只会计算一次，之后再调用get()方法都会返回第一次计算的值。

3.4 Either(左或右)

Either 表示一个值是左值还是右值。通常，左值用于错误，右值用于成功。默认情况下，Either 是一个不可变的类型，但是您可以使用 Either.left() 和 Either.right() 创建可变的 Either。


public void testEither() {
        Either<String, Integer> value = compute().map(i -> i * 2);

        if (value.isRight()) {
            System.out.println("Success: " + value.get());
        } else {
            System.out.println("Failure: " + value.getLeft());
        }
    }

    public static Either<String, Integer> compute() {
        // 模拟一个条件，例如，随机数生成来决定是否成功
        if (RandomUtil.randomBoolean()) {
            // 计算成功，返回一个“右”值
            return Either.right(42);
        } else {
            // 计算失败，返回一个“左”值
            return Either.left("Computation failed");  // 这是一个示例错误消息
        }
    }

这个方法还是挺有意思的，大多数情况下成功设定为返回右边的值，失败返回左边的值，这样就可以通过isRight()方法判断是否成功，通过get()方法获取值，通过getLeft()方法获取错误信息。还可以对返回成功的值进行一些列的操作也可以使用toEither()自定义失败的返回值

3.5 Validation(验证)

验证控件是一个应用函子，有助于累积错误。当尝试组合Monads时，组合过程将在第一次遇到错误时短路。但是“验证”将继续处理组合函数，累积所有错误。这在验证多个字段（例如 Web 表单）时特别有用，并且您希望知道遇到的所有错误，而不是一次一个错误。

3.5.1 combine

3.5.1.1 接下来我们验证一下，首先创建一个实体类Person

class Person {
        final String name;
        final int age;

        Person(String name, int age) {
            this.name = name;
            this.age = age;
        }

        @Override
        public String toString() {
            return "Person(" + name + ", " + age + ")";
        }
    }

3.5.1.2 然后编写一个用于验证的方法

public Validation<Seq<String>, Person> validatePerson(String name, int age) {
        return Validation.combine(validateName(name), validateAge(age)).ap(Person::new);
    }

    private Validation<String, String> validateName(String name) {
        return name == null || name.trim().isEmpty() ? Validation.invalid("Name cannot be empty") : Validation.valid(name);
    }

    private Validation<String, Integer> validateAge(int age) {
        return age < 0 || age > 150 ? Validation.invalid("Age must be between 0 and 150") : Validation.valid(age);
    }

3.2.1.3 最后编写一个测试方法

Validation<Seq<String>, Person> validPerson = validatePerson("John", 30);
        Assert.equals(validPerson.get().age,30);
        Assert.equals(validPerson.get().name,"John");

        Validation<Seq<String>, Person> invalidPerson = validatePerson(" ", -1);
        Assert.equals(invalidPerson.getError().asJava(), List.of("Name cannot be empty", "Age must be between 0 and 150").asJava());

4、Collection(集合)

为了设计一个全新的Java集合库，它满足了函数式编程的要求，即不变性，已经投入了很多精力。

Java的Stream将计算提升到不同的层，并在另一个显式步骤中链接到特定的集合。有了Vavr，我们不需要所有这些额外的样板。

4.1 List(列表)

Vavr 是一个不可变的链表。突变会创建新的实例。大多数操作都是线性时间执行的。后续操作将逐个执行。

4.1.1 创建列表

4.1.1.1 Java8的使用

final Optional<Integer> reduce = Stream.of(1, 2, 3).reduce(Integer::sum);
final int sum = IntStream.of(1, 2, 3).sum();

4.1.1.2 Vavr的使用

final Number sum1 = List.of(1, 2, 3).sum();
final int i = sum1.intValue();
Assert.equals(i,sum);

4.2 Stream(流)

因为Vavr引入了元组的说明那么与JDK8的Stream相比，Vavr新增了好多便捷的方法以及新特性这里举一个例子

将一个list转换为Map

final java.util.Map<Integer, Character> collect = Stream.of(1, 2, 3).collect(Collectors.toMap(a -> a, b -> (char) (b + 64)));
final Map<Integer, Character> map = List.of(1, 2, 3).toMap(a -> a, b -> (char) (b + 64));
Assert.equals(map.get(1).get(), collect.get(1));
// 上边是普通的转换为map的方法，下边是Vavr新加入了元组之后的转换为map的方法
final HashMap<Integer, Character> javaMap = List.of(1, 2, 3).toJavaMap(HashMap::new, a -> Tuple.of(a, (char) (a + 64)));
Assert.equals(javaMap.get(1), 'A');

5、Property Checking(属性检查)

这个特性需要引入

<dependency>
   <groupId>io.vavr</groupId>
   <artifactId>vavr-test</artifactId>
   <version>0.10.4</version>
</dependency>

Arbitrary<Integer> ints = Arbitrary.integer();

// square(int) >= 0: OK, passed 1000 tests.
Property.def("square(int) >= 0")
        .forAll(ints)
        .suchThat(i -> i * i >= 0)
        .check()
        .assertIsSatisfied();

通过Arbitrary.integer()方法创建一个随机数，然后通过Property.def()方法创建一个属性，然后通过forAll()方法传入随机数，然后通过suchThat()方法传入一个函数，函数的返回值为boolean，最后通过check()方法检查属性是否满足，最后通过assertIsSatisfied()方法断言属性是否满足。

6、Pattern Matching(模式匹配)

模式匹配是一种功能，它允许您根据值的类型和结构执行不同的操作。模式匹配是函数式编程的一个重要特性，因为它允许您编写更简洁，更可读的代码。

6.1 基础匹配

final String s = Match(1).of(
        Case($(1), "one"),
        Case($(2), "two"),
        Case($(), "?")
        );
Assert.equals(s,"one");

final String opt = Match(null).of(
        Case($(1), "one"),
        Case($(2), "two"),
        Case($(), "?")
        );
Assert.equals(opt,"?");

单值匹配，通过Match()，如果值为null可以通过()匹配，如果值不为null可以通过(value)匹配

6.2 多条件匹配

int input = 5;
String output = Match(input).of(
        Case($(n -> n > 0 && n < 3), "Between 1 and 2"),
        Case($(n -> n > 3 && n < 6), "Between 4 and 5"),
        Case($(), "Other")
);
Assert.equals(output,"Between 4 and 5");

6.3 断言匹配

final String s = Match(2).of(
        Case($(a -> a==1), "one"),
        Case($(a-> a==2), "two"),
        Case($(), "?")
);
Assert.equals(s,"two");

断言也就是使用lambda表达式Predicate进行匹配
Vavr内部还提供了一些常用的断言，比如is(),isIn(),isNotNull(),isNull(),isOneOf(),isZero()等等比如

final String opt = Match(null).of(
        Case($(is(1)), "one"),
        Case($(is(2)), "two"),
        Case($(), "?")
);
Assert.equals(opt,"?");

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原始发表：2023-09-10，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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1.1 什么是元组

1.2 创建元组

1.3 逐个映射元组组件

1.4 使用一个映射函数映射元组组件

1.5 变换元组

2、Function(函数)

2.1 什么是函数

2.2 创建函数

2.2.1 匿名类创建

2.2.2 lambda表达式创建

2.2.3 静态工厂创建

2.3 Composition(组合操作)

2.3.1 andThen

2.3.2 compose

2.4 Lifting(提升操作)

2.4.1 lift

2.5 Partial application(部分应用)

2.5.1 apply

2.5.2 curried

2.6 Memoization(记忆化)

2.6.1 memoized

memoized与普通变量的区别与使用场景

使用 Function0 和 .memoized()

3、Value(值)

3.1 Option(选项)

3.2 Try(尝试)

3.3 Lazy(懒加载)

3.4 Either(左或右)

3.5 Validation(验证)

3.5.1 combine

3.5.1.1 接下来我们验证一下，首先创建一个实体类Person

3.5.1.2 然后编写一个用于验证的方法

3.2.1.3 最后编写一个测试方法

4、Collection(集合)

4.1 List(列表)

4.1.1 创建列表

4.1.1.1 Java8的使用

4.1.1.2 Vavr的使用

4.2 Stream(流)

5、Property Checking(属性检查)

6、Pattern Matching(模式匹配)

6.1 基础匹配

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6.3 断言匹配

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