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Professionelle Bücher. Auch für Einsteiger.

 
Inhaltsverzeichnis
Vorwort
1 Java ist auch eine Sprache
2 Imperative Sprachkonzepte
3 Klassen und Objekte
4 Der Umgang mit Zeichenketten
5 Eigene Klassen schreiben
6 Objektorientierte Beziehungsfragen
7 Ausnahmen müssen sein
8 Äußere.innere Klassen
9 Besondere Typen der Java SE
10 Generics<T>
11 Lambda-Ausdrücke und funktionale Programmierung
12 Architektur, Design und angewandte Objektorientierung
13 Komponenten, JavaBeans und Module
14 Die Klassenbibliothek
15 Einführung in die nebenläufige Programmierung
16 Einführung in Datenstrukturen und Algorithmen
17 Einführung in grafische Oberflächen
18 Einführung in Dateien und Datenströme
19 Einführung ins Datenbankmanagement mit JDBC
20 Einführung in <XML>
21 Testen mit JUnit
22 Bits und Bytes und Mathematisches
23 Die Werkzeuge des JDK
A Java SE-Paketübersicht
Stichwortverzeichnis


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Java ist auch eine Insel von Christian Ullenboom

Einführung, Ausbildung, Praxis
Buch: Java ist auch eine Insel


Java ist auch eine Insel

Pfeil 11 Lambda-Ausdrücke und funktionale Programmierung
Pfeil 11.1 Code = Daten
Pfeil 11.2 Funktionale Schnittstellen und Lambda-Ausdrücke im Detail
Pfeil 11.2.1 Funktionale Schnittstellen
Pfeil 11.2.2 Typ eines Lambda-Ausdrucks ergibt sich durch Zieltyp
Pfeil 11.2.3 Annotation @FunctionalInterface
Pfeil 11.2.4 Syntax für Lambda-Ausdrücke
Pfeil 11.2.5 Die Umgebung der Lambda-Ausdrücke und Variablenzugriffe
Pfeil 11.2.6 Ausnahmen in Lambda-Ausdrücken
Pfeil 11.2.7 Klassen mit einer abstrakten Methode als funktionale Schnittstelle? *
Pfeil 11.3 Methodenreferenz
Pfeil 11.3.1 Varianten von Methodenreferenzen
Pfeil 11.4 Konstruktorreferenz
Pfeil 11.4.1 Standard- und parametrisierte Konstruktoren
Pfeil 11.4.2 Nützliche vordefinierte Schnittstellen für Konstruktorreferenzen
Pfeil 11.5 Implementierung von Lambda-Ausdrücken *
Pfeil 11.6 Funktionale Programmierung mit Java
Pfeil 11.6.1 Programmierparadigmen: imperativ oder deklarativ
Pfeil 11.6.2 Funktionale Programmierung und funktionale Programmiersprachen
Pfeil 11.6.3 Funktionale Programmierung in Java am Beispiel vom Comparator
Pfeil 11.6.4 Lambda-Ausdrücke als Funktionen sehen
Pfeil 11.7 Funktionale Schnittstelle aus dem java.util.function-Paket
Pfeil 11.7.1 Blöcke mit Code und die funktionale Schnittstelle java.util.function.Consumer
Pfeil 11.7.2 Supplier
Pfeil 11.7.3 Prädikate und java.util.function.Predicate
Pfeil 11.7.4 Funktionen und die allgemeine funktionale Schnittstelle java.util.function.Function
Pfeil 11.7.5 Ein bisschen Bi …
Pfeil 11.7.6 Funktionale Schnittstellen mit Primitiven
Pfeil 11.8 Optional ist keine Nullnummer
Pfeil 11.8.1 Optional-Typ
Pfeil 11.8.2 Primitive optionale Typen
Pfeil 11.8.3 Erstmal funktional mit Optional
Pfeil 11.9 Was ist jetzt so funktional?
Pfeil 11.10 Zum Weiterlesen
 

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11.9Was ist jetzt so funktional? Zur vorigen ÜberschriftZur nächsten Überschrift

Bisher hat dieser Abschnitt einen Großteil darauf verwendet, die Typen aus dem java.util. function-Paket vorzustellen, also die funktionalen Schnittstellen, mit denen Entwickler Abbildungen in Java ausdrücken können. Wenig war von funktionaler Programmierung und den Vorteilen die Rede, das holen wir jetzt nach.

Wiederverwertbarkeit

Zunächst einmal bieten Funktionen eine zusätzliche Ebene der Wiederverwertbarkeit von Code. Nehmen wir ein Prädikat wie

Predicate<Path> exists = path -> Files.exists( path );

Dieses exists-Prädikat ist relativ einfach, könnte aber natürlich komplexer sein. Der Punkt ist, dass diese Prädikate an allen möglichen Stellen wiederverwendet werden können, etwa zum Filtern in Listen oder zum Löschen von Elementen aus Listen. Das Prädikat kann als Funktion weitergereicht oder zu neuen Prädikaten verbunden werden, etwa zu:

Predicate<Path> exists = path -> Files.exists( path );

Predicate<Path> directory = path -> Files.isDirectory( path );

Predicate<Path> existsAndDirectory = exists.and( directory );

Methoden wie ifPresent(Predicate) oder removeIf(Predicate) nehmen dann dieses Prädikat und führen Operationen durch. Diese kleinen Mini-Objekte lassen sich sehr gut testen, und das minimiert insgesamt Fehler im Code.

Während aktuelle Bibliotheken wenig davon Gebrauch machen, Typen wie Supplier, Consumer, Function, Predicate anzunehmen und zurückzugeben, wird sich dieses im Laufe der nächsten Jahre ändern.

Zustandslos, immutable

Bei der funktionalen Programmierung geht es darum, ohne externe Zustände auszukommen.

Definition

Funktionen heißen pur, wenn sie ohne einen Zustand auskommen und keine Seiteneffekte haben. Math.max(3, 4) ist eine pure Funktion, System.out.println() oder Math.random() sind es nicht. Einen aus puren Funktionen aufgebauten Ausdruck nennen wir puren Ausdruck. Er hat eine Eigenschaft, die sich in der Informatik referenzielle Transparenz nennt, dass nämlich das Ergebnis eines Ausdrucks an Stelle des Ausdrucks selbst gesetzt werden kann, ohne dass das Programm ein anderes Verhalten zeigt. Statt Math.max(3, 4) kann jederzeit 4 gesetzt werden, das Ergebnis wäre das gleiche. Ein Compiler kann bei referenzieller Transparenz diverse Optimierungen durchführen.

Pure funktionale Programmiersprachen basieren auf puren Funktionen, und auch in Java muss nicht jede Methode einen äußeren Zustand verändern. Allerdings sind es Java-Entwickler gewohnt, in Zuständen zu denken, und daran ist an sich nichts Falsches: Ein Textdokument im Speicher ist eben ein Objektgraph genauso wie eine grafische Anwendung mit Eingabefeldern. Worauf funktionale Programmierung abzielt, sind die Operationen auf den Datenstrukturen und Berechnungen, die ohne Seiteneffekte sind.

Pure Funktionen ohne Zustand haben den Vorteil, dass sie

  • beliebig oft ausgeführt werden können, ohne dass sich Systemzustände ändern,

  • in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne dass das Ergebnis ein anderes wird.

Diese Vorteile sind reizvoll unter dem Gesichtspunkt der Parallelisierung, denn die Prozessoren werden nicht wirklich schneller, aber wir haben mehr Prozessorkerne zur Verfügung. Pure Funktionen erlauben es Bibliotheken, Aufgaben wie Suchen und Filtern auf Kerne zu verteilen und so zu parallelisieren. Je weniger Zustand dabei im Spiel ist, desto besser, denn je weniger Zustand, desto weniger Synchronisation und Warteeffekte gibt es.

Aufpassen müssen Entwickler natürlich trotzdem, denn ein Lambda-Ausdruck muss nicht pur sein und kann Seiteneffekte haben. Daher ist es wichtig zu wissen, wann diese Lambda-Ausdrücke vielleicht nebenläufig sind und eine Synchronisation nötig ist.

[zB]Beispiel

Die Schnittstelle Iterable deklariert eine Methode forEach(…), mit einem Parameter vom Typ einer funktionalen Schnittstelle. Hier ist ein Lambda-Ausdruck möglich. Es wäre natürlich grundlegend falsch, wenn dieser Lambda-Ausdruck selbst in die Sammlung eingreift:

List<Integer> ints = new ArrayList<>( Arrays.asList( 1, 99, 2 ) );

ints.forEach( v -> { System.out.println( ints + ", " + v); ints.set( v, 0 ); } );

Die Ausgabe ist weit von dem, was erwartet wurde, aber kein Wunder, wenn Lambda-Ausdrücke illegale Seiteneffekte hervorrufen:

[1, 99, 2], 1

[1, 0, 2], 0

[0, 0, 2], 2

Die Vermeidung von Zuständen gekoppelt an die Unveränderbarkeit von Werten (engl. immutability) erhöht das Verständnis des Programms, da Entwickler es schwer haben, im Kopf das System mit den ganzen Änderungen »nachzuspielen«, insbesondere wenn diese Änderungen noch nebenläufig sind. Das zeigt das vorangehende Beispiel recht gut; solche Systeme zu verstehen und zu debuggen ist schwer. Je weniger Seiteneffekte es gibt, desto einfacher ist das Programm zu verstehen. Zustände machen ein Programm komplex, nicht nur in nebenläufigen Umgebungen. Wenn die Methode pur ist, muss ein Entwickler nichts anderes tun, als den Code der Methode zu verstehen. Wenn die Methode von Zuständen des Objekts abhängt, muss ein Entwickler den Code der gesamten Klasse verstehen. Und wenn das Objekt von Zuständen im Gesamtprogramm abhängt, ufert das Ganze aus, denn dann ist noch viel mehr vom System zu verstehen.

 


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