超越Java8:Stream的延遲計算

一、函式式編程

• 要被稱為函式式，函式或方法不應該拋出任何例外，使用Optional<R> 型別作為回傳值，

• 透明性：方法中沒有任何操作會修改現有結構

• 使用Java8進行編程時，盡量使用Stream取代迭代操作，如果遞回可以更簡潔，且不帶副作用，應該使用遞回替換迭代，

  "尾-遞"迭代，不需要在不同的堆疊楨上保存每次遞回計算的中間值，目前Java不支持這種優化，很多的現代JVM語言，比如Scala和Groovy都支持這種形式遞回迭代的優化，

1.1 示例一：方法中沒有任何操作會修改現有結構

獲取串列的子集：

    public static List<List<Integer>> findAllSubList(List<Integer> list) {
        if (list.size()==0) {
            List<List<Integer>> res = new ArrayList<>();
            res.add(Collections.emptyList());
            return res;
        }
        Integer first = list.get(0);
        List<Integer> subList = list.subList(1, list.size());
        List<List<Integer>> allSubList = findAllSubList(subList);
        List<List<Integer>> allSubList2 = insertAll(first, allSubList);
        return concat(allSubList, allSubList2);
    }
    
    private static List<List<Integer>> concat(List<List<Integer>> allSubList, List<List<Integer>> allSubList2) {
        List<List<Integer>> res = new ArrayList<>(allSubList);
        res.addAll(allSubList2);
        return res;
    }

    private static List<List<Integer>> insertAll(Integer item, List<List<Integer>> allSubList) {
        List<List<Integer>> res = new ArrayList<>();
        for (List<Integer> a : allSubList) {
            List<Integer> oneList = new ArrayList<>(a);
            oneList.add(item);
            res.add(oneList);
        }
        return res;
    }

1.2 實體二：“尾-遞”迭代

求n的階乘：

方案一：迭代

    /**
     * 使用迭代計算階乘
     * r 和 i 在每輪迭代中都會更新
     * @param n
     * @return
     */
    public static int factorialIterator(int n) {
        int r = 1;
        for (int i=1; i<=n; i++) {
            r *= i;
        }
        return r;
    }

方案二：使用遞回

    /**
     * 使用遞回 計算階乘
     *  比迭代都效率差：因為每次遞回都需要創建堆疊楨
     * @param n
     * @return
     */
    public static int factorialRecursive(int n) {
        return n==1? 1 : n * factorialIterator(n-1);
    }

方案三：使用Stream

    /**
     * 使用Stream 計算階乘
     * @param n
     * @return
     */
    public static int factorialStream(int n) {
        return IntStream.rangeClosed(1, n).reduce(1, (x, y)->x*y);
    }

方案四：遞回的優化：“尾-遞”迭代

    /**
     * 尾-遞 迭代
     * @param n
     * @return
     */
    public static int factorialTailIterator(int n) {
        return factorialTailHelp(1, n);
    }

    /**
     * 尾-遞 迭代遞幫助類
     * @param acc
     * @param n
     * @return
     */
    private static int factorialTailHelp(int acc, int n) {
        return n==1?acc:factorialTailHelp(acc*n, n-1);
    }

二、科里化

科里化：幫助你模塊化函式，提高代碼重用性的技術，

科里化表示一種將一個帶有n元組引數的函式轉換成n個一元函式鏈的方法，

三、函式式資料結構——持久化的

資料結構的值始終保持一致，不受其他部分變化的影響，

附加條件：所有使用持久化資料結構的用戶都必須遵守這一“不修改“原則，不對回傳值就行修改，

四、Stream的延遲計算

創建一個質數串列：

4.1 串列介面

/**
 * @Date 2021/9/5
 * @Author lifei
 */
public interface MyList<T> {

    T head();
    MyList<T> tail();

    MyList<T> filter(Predicate<T> p);

    default boolean isEmpty() {
        return true;
    }
}

4.2 延遲串列

public class LazyList<T> implements MyList<T> {
    final T head;
    final Supplier<MyList<T>> tail;

    public LazyList(T head, Supplier<MyList<T>> tail) {
        this.head = head;
        this.tail = tail;
    }
    @Override
    public T head() {
        return head;
    }

    @Override
    public MyList<T> tail() {
        return tail.get();
    }

    @Override
    public MyList<T> filter(Predicate<T> p) {
        return isEmpty()?this:p.test(head())? new LazyList<>(head, ()->tail().filter(p)):tail().filter(p);
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return false;
    }
}

4.3 創建一個無限延遲的串列

    /**
     * 創建一個無限延遲的串列
     * @param n
     * @return
     */
    public static LazyList<Integer> from(int n) {
        return new LazyList<>(n, ()->from(n+1));
    }

4.4 創建一個無限延遲的質數串列

    /**
     * 創建一個無限回圈的 質數串列
     * @param numbers
     * @return
     */
    public static MyList<Integer> primes(MyList<Integer> numbers) {
        return new LazyList<>(numbers.head(), ()->primes(numbers.tail().filter(n->n%numbers.head()!=0)));
    }

4.5 使用無限延遲的質數串列

    public static void main(String[] args) {
        LazyList<Integer> numbers = from(2);
        Integer res2 = numbers.head();
        Integer res3 = numbers.tail().head();
        Integer res4 = numbers.tail().tail().head();
        System.out.println(res2);
        System.out.println(res3);
        System.out.println(res4);
        System.out.println("創建一個無限延遲的質數串列");
        MyList<Integer> primes = primes(numbers);
        for (int i=0; i<30; i++) {
            if (!primes.isEmpty()){
                System.out.print(primes.head() + ", ");
                primes = primes.tail();
            }
        }
        System.out.println();

    }