怎样利用 Java 函数式编程消除可变状态？

利用 Java 函数式编程消除可变状态

在 Java 中，可变状态会导致并发问题、难以调试和难以维护。函数式编程提倡不可变性，通过使用纯函数和不可变数据结构来消除可变状态。

纯函数

纯函数不会改变其参数或外部状态。这意味着每次调用具有相同输入的函数，都将产生相同的结果。在 Java 中，可以使用 final 关键字将参数和局部变量声明为不可变。例如：

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public static List incrementAll(List numbers) {
    List result = new ArrayList<>();
    for (int number : numbers) {
        result.add(number + 1);
    }
    return result;
}

incrementAll 函数不会修改输入列表 numbers，它创建一个新的列表并返回它。

不可变数据结构

不可变数据结构在创建后就不能再更改。在 Java 中，有几个内置的不可变集合，例如 List、Set 和 Map。这些集合具有 Collections.unmodifiableXxx 方法，可创建不可变版本。例如：

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List numbers = List.of(1, 2, 3);
List immutableNumbers = Collections.unmodifiableList(numbers);

现在，immutableNumbers 是不可变的，并且尝试对其进行修改将抛出 UnsupportedOperationException。

实战案例

考虑一个电子商务应用程序，其中购物车中包含物品列表。我们希望计算购物车中所有物品的总价。

传统方法：

class Cart {
    private List items = new ArrayList<>();

    public void addItem(Item item) {
        items.add(item);
    }

    public double calculateTotal() {
        double total = 0;
        for (Item item : items) {
            total += item.getPrice();
        }
        return total;
    }
}

此方法具有可变状态，因为 addItem 方法可以修改 items 列表。

函数式方法：

class Cart {
    private final List items;

    public Cart(List items) {
        this.items = Collections.unmodifiableList(items);
    }

    public Cart addItem(Item item) {
        List newItems = new ArrayList<>(items);
        newItems.add(item);
        return new Cart(newItems);
    }

    public double calculateTotal() {
        return items.stream().mapToDouble(Item::getPrice).sum();
    }
}

此方法使用了不可变列表，并且 addItem 方法返回一个新 Cart 实例。calculateTotal 使用流进行函数式操作，避免创建中间状态。