Функциональное программирование Java: элегантное применение Predicate и Function

Функциональное программирование стало неотъемлемой частью экосистемы Java благодаря появлению в Java 8 лямбд, потоков и функциональных интерфейсов Predicate и Function. С этими концепциями пишется более выразительный, модульный и переиспользуемый код. Даже опытными программистами, так называемыми сеньорами, этот новый подход освоен не полностью, в их коде не раскрывается весь его потенциал.

Рассмотрим, как создается динамический класс с Predicate и Function для валидации и преобразования данных. И продемонстрируем, как эти интерфейсы используются со спецификациями JPA, коллекциями и потоками для реальных приложений.

Что такое Predicate и Function?

Predicate

Predicate  —  это функциональный интерфейс, которым вычисляется логическое условие по одному аргументу.

• Сигнатура: boolean test(T t).
• Стандартное применение: фильтры, валидации, удаление элементов из коллекций.

Function

Function  —  это функциональный интерфейс, которым вводимое значение преобразуется выводимое.

• Сигнатура: R apply(T t).
• Стандартное применение: преобразование данных, сопоставление в потоках.

Настройка процессов при помощи Predicate и Function

В примере ниже продемонстрируем, как Predicate и Function используются с перечислениями для моделирования реальной бизнес-логики, определим разновидности кредитных карт  —  GOLD, BLACK и PLATINUM  —  и применим правила для:

1. Проверки с помощью Predicate, принята ли транзакция.
2. Подсчета с помощью Function баллов лояльности за транзакции.

Перечисление CreditCardType:

import java.math.BigDecimal;
import java.util.function.Function;
import java.util.function.Predicate;

public enum CreditCardType {
    GOLD {
        @Override
        Function<BigDecimal, BigDecimal> formulaPoints() {
            return amount -> amount.multiply(new BigDecimal("0.10"));
        }

        @Override
        Predicate<BigDecimal> acceptAmount() {
            return amount -> amount.compareTo(new BigDecimal("1000")) <= 0;
        }
    },
    BLACK {
        @Override
        Function<BigDecimal, BigDecimal> formulaPoints() {
            return amount -> amount.multiply(new BigDecimal("0.20"));
        }

        @Override
        Predicate<BigDecimal> acceptAmount() {
            return amount -> amount.compareTo(new BigDecimal("5000")) <= 0;
        }
    },
    PLATINUM {
        @Override
        Function<BigDecimal, BigDecimal> formulaPoints() {
            return amount -> amount.multiply(new BigDecimal("0.50"));
        }

        @Override
        Predicate<BigDecimal> acceptAmount() {
            return amount -> amount.compareTo(new BigDecimal("10000")) <= 0;
        }
    };

    abstract Function<BigDecimal, BigDecimal> formulaPoints();
    abstract Predicate<BigDecimal> acceptAmount();
}

Пример использования: валидация и подсчет баллов лояльности

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        calculatePoints(CreditCardType.GOLD, new BigDecimal("1000"));
        calculatePoints(CreditCardType.BLACK, new BigDecimal("1000"));
        calculatePoints(CreditCardType.PLATINUM, new BigDecimal("1000"));

        calculatePoints(CreditCardType.GOLD, new BigDecimal("5000"));
        calculatePoints(CreditCardType.BLACK, new BigDecimal("5000"));
        calculatePoints(CreditCardType.PLATINUM, new BigDecimal("5000"));

        calculatePoints(CreditCardType.GOLD, new BigDecimal("10000"));
        calculatePoints(CreditCardType.BLACK, new BigDecimal("10000"));
        calculatePoints(CreditCardType.PLATINUM, new BigDecimal("10000"));
    }

    private static void calculatePoints(CreditCardType creditCardType, BigDecimal amountTransaction) {
        System.out.println(creditCardType);
        if (creditCardType.acceptAmount().test(amountTransaction)) {
            System.out.println("Transaction accepted!");
            System.out.println("Bonus points: " + creditCardType.formulaPoints().apply(amountTransaction));
        } else {
            System.out.println("Transaction rejected!");
        }
        System.out.println("------------------------------");
    }
}

Объяснение

1. Перечисление CreditCardType:

• Каждой разновидностью кредитной карты определяются собственные правила для:
• acceptAmount(): это Predicate, которым проверяется соответствие суммы транзакции критериям карты.
• formulaPoints(): это Function, которым по сумме транзакции подсчитываются баллы лояльности.

2. Валидация с Predicate:

• Методом acceptAmount() проверяется допустимость транзакции для разновидности карты. Например:
• GOLD принимаются транзакции суммой до 1000;
• BLACK  —  до 5000;
• PLATINUM  —  до 10 000.

3. Преобразование с Function:

• Методом formulaPoints() подсчитываются баллы лояльности за принятые транзакции. Например:
• GOLD: 10 % от суммы транзакции;
• BLACK: 20 % от суммы транзакции;
• PLATINUM: 50 % от суммы транзакции.

4. Метод calculatePoints:

• Им при помощи Predicate проверяется допустимость транзакции.
• Если она допустима, при помощи Function подсчитываются и отображаются баллы лояльности.

Пример вывода

GOLD
Transaction accepted!
Bonus points: 100.0
------------------------------
BLACK
Transaction accepted!
Bonus points: 200.0
------------------------------
PLATINUM
Transaction accepted!
Bonus points: 500.0
------------------------------
GOLD
Transaction rejected!
------------------------------
BLACK
Transaction accepted!
Bonus points: 1000.0
------------------------------
PLATINUM
Transaction accepted!
Bonus points: 2500.0
------------------------------
GOLD
Transaction rejected!
------------------------------
BLACK
Transaction rejected!
------------------------------
PLATINUM
Transaction accepted!
Bonus points: 5000.0
------------------------------

Преимущества Predicate и Function

1. Модульность:

• Каждой разновидностью карты инкапсулируется собственная логика валидации и подсчета.
• Легко добавляются новые разновидности карт с уникальными правилами.

2. Переиспользуемость:

• Интерфейсами Predicate и Function предоставляется переиспользуемая логика валидации и преобразования.

3. Удобство восприятия:

• В разновидностях карт используются перечисления, поэтому логика структурирована и легко отслеживается.

4. Расширяемость:

• Чтобы добавить новые правила для разновидностей карт, достаточно реализовать абстрактные методы.

Реальные сценарии

1. Спецификации JPA

В Spring Data JPA Predicate важен при построении динамических запросов с помощью спецификаций, он применяется интерфейсом Specification для определения фильтров запросов:

import org.springframework.data.jpa.domain.Specification;
import javax.persistence.criteria.*;

public class CustomerSpecification {
    public static Specification<Customer> hasName(String name) {
        return (Root<Customer> root, CriteriaQuery<?> query, CriteriaBuilder builder) ->
                builder.equal(root.get("name"), name);
    }

    public static Specification<Customer> hasAgeGreaterThan(int age) {
        return (Root<Customer> root, CriteriaQuery<?> query, CriteriaBuilder builder) ->
                builder.greaterThan(root.get("age"), age);
    }
}

Пример использования:

Specification<Customer> spec = CustomerSpecification.hasName("John")
        .and(CustomerSpecification.hasAgeGreaterThan(25));

List<Customer> customers = customerRepository.findAll(spec);

Так Predicate-подобным поведением динамически фильтруются запросы к базе данных.

2. Коллекции

Классами коллекций Java Predicate активно используется для фильтрации, а Function  —  для преобразования данных.

• Фильтрация выполняется с помощью removeIf:

List<String> names = new ArrayList<>(List.of("Alice", "Bob", "Charlie"));
names.removeIf(name -> name.startsWith("B"));
System.out.println(names); // Вывод: [Alice, Charlie]

• Преобразование  —  с помощью replaceAll:

List<String> names = new ArrayList<>(List.of("Alice", "Bob", "Charlie"));
names.replaceAll(name -> name.toUpperCase());
System.out.println(names); // Вывод: [ALICE, BOB, CHARLIE]

3. Потоки

Для таких операций, как объединение элементов в один результат, фильтрация и сопоставление, потоками активно применяются и Predicate, и Function.

• Фильтрация с Predicate:

List<String> names = List.of("Alice", "Bob", "Charlie");
List<String> filteredNames = names.stream()
                                  .filter(name -> name.startsWith("A"))
                                  .toList();
System.out.println(filteredNames); // Вывод: [Alice]

• Сопоставление при помощи Function:

List<String> names = List.of("Alice", "Bob", "Charlie");
List<Integer> nameLengths = names.stream()
                                 .map(String::length)
                                 .toList();
System.out.println(nameLengths); // Вывод: [5, 3, 7]

Этими методами коллекции обрабатываются декларативно, без циклов, а код делается более удобным для восприятия и выразительным.

Заключение

Predicate и Function  —  это фундаментальные инструменты функционального программирования на Java, которыми предоставляются выразительные способы валидации, фильтрации и преобразования данных.

От реальных сценариев вроде спецификаций JPA и потоковой обработки до асинхронных операций с CompletableFuture  —  благодаря этим интерфейсам разработчики пишут более чистый, модульный и переиспользуемый код.

Усовершенствуйте проектирование приложений, включив эти шаблоны в свои проекты. Освойте Predicate и Function и раскройте весь потенциал функционального программирования на Java.

Читайте также:

• JAVA: разница между параметрами JVM -D, -X, -XX
• Java: оператор try-with-resources
• Альтернатива Java 8: что умеет VAVR

Читайте нас в Telegram, VK и Дзен

---

Перевод статьи Lucas Fernandes: Master Functional Programming in Java: Using Predicate and Function Elegantly