Java 是如何利用接口避免函数回调的

一、引言

在许多编程语言中,都有函数回调这一概念。C 和 C++ 中有函数指针,因此可以将函数作为参数传给其它函数,以便过后调用。而在 JavaScript 中,更是将函数回调发挥到了极致,各种事件的处理,特别是异步事件,基本都靠函数回调来完成。

在 Java 中,同样可以实现函数回调。虽然没有函数指针,但 Java 可以通过反射机制来获得一个类的方法,将其以 java.lang.reflect.Method 类型参数传递给其它函数,然后通过 Method 对象的 invoke 方法来调用该函数。

尽管如此,这种方式的调用步骤相对繁琐、执行效率低、难以调试。在 Java 中,有比函数回调更加优雅的机制,那就是接口。

二、为什么需要函数回调

函数回调,实际上是延迟实现某些功能的一种方式。

如果我们事先知道程序应该执行哪些操作,那么完全不需要函数回调,直接在编程时实现即可。

但很多时候,在编写代码时,特别是写工具类、功能库或框架时,实现的是相对通用和抽象的功能,而具体场景下的功能则由使用这些类的开发者来实现。

函数回调,可以解决这种事先不知道具体实现的情况。

排序函数的例子

举例来说,当我们要实现一个通用的排序函数时,事先并不知道其他开发者会用该函数来对哪些类型的元素进行排序,也就不知道以何种标准来判断这些元素的偏序(大小)关系。

因此,可以要求其他开发者在使用排序函数时,必须提供一个比较函数 compare,这样我们就可以用 compare 比较待排序元素的大小,而无需事先知道元素是什么类型,也无需知道 compare 的具体实现。

这里 compare 函数对于排序函数来说,就是回调函数。

伪代码表示如下:

//通用的排序函数
void sort(Object[] array, Method compare) {
    //利用 compare 函数比较 array 中元素的大小关系
    //以便对 array 进行排序
}

//由调用者实现具体的比较函数
int compare(Object a, Object b) {
    //比较元素a、b,并返回大小关系
}

异步处理函数的例子

再比如说,当我们编写一个异步处理函数时,事先不知道其他开发者在处理完成时要进行哪些操作,因为这些操作只有在特定场景下使用该函数时才能知道。

于是可以要求开发者在使用该函数时,提供一个回调函数 callback。这样我们在编写异步处理函数时,就可以调用 callback 函数来进行一些收尾的工作,而无需事先知道这些收尾的工作是什么。

伪代码表示如下:

//异步处理函数
void asynProcess(Method callback) {
    //执行异步任务
    callback();
}

//由调用者实现具体的回调函数
void callback() {
    //异步处理完成后要进行的操作
}

三、用接口代替函数回调

上面我们提到,之所以使用函数回调这一方式,是因为 事先不知道某些功能的具体实现,因此将具体实现留给其他开发者完成。

有没有觉得这句话仿佛在描述 Java 的接口?接口(interface)是一组方法的抽象定义,具体实现由实现该接口的类来完成。

所以,利用面向对象和接口这两个特性,可以代替函数回调。

我们以上面举的两个例子来说明接口是如何代替函数回调的。

排序函数

用接口实现排序函数,不再要求开发者在使用该排序函数时提供回调函数 compare,而是要求开发者确保待排序元素实现了 Comparable 接口,基于“待排序元素已经实现了 Comparable 接口“这一前提下,我们无需知道待排序元素的类型,就可以实现排序功能。

//通用的排序函数
void sort(Object[] array) {
    //利用 Comparable 接口的 compareTo 方法
    //比较元素的大小,以便对 array 进行排序。
}

//由排序函数定义的接口
public interface Comparable {
    public int compareTo(Object other);
}

//由调用者实现 Comparable 接口
public class Element implements Comparable {
    @Override
    public int compareTo(Object other) {
        //判断当前 Element 与 other 的大小关系
        //并返回两者的关系
    }
}

异步处理函数

使用接口来实现异步处理函数时,不要求开发者提供回调函数 callback,而是要求提供一个实现了指定接口的对象,这很好地体现了 Java 面向对象的思想。相比提供一个函数,一个对象包含的信息更丰富,使用起来更加灵活。但本质上,该异步处理函数还是利用接口来完成收尾工作的。

//异步处理函数
void asynProcess(ActionListener al) {
    //执行异步任务
    al.actionPerformed();
}

//由异步处理函数定义的接口
public interface ActionListener {
    void actionPerformed();
}

//由调用者实现 ActionListener 接口
public class ExtraTask implements ActionListener {
    @Override
    public void actionPerformed() {
        //异步处理函数执行完成时,需要进行的额外工作
    }
}

//调用异步处理函数
public static void main(String[] args) {
    asynProcess(new ExtraTask());
}

四、总结

回调方式可以总结为:实现一个通用函数 func,在具体场景中调用这个通用函数时,调用者需要提供合适的回调函数 callback。通用函数 func 利用该回调函数,完成具体场景中的任务。

而接口实现的方式则是:实现一个通用函数 func,在具体场景中调用这个通用函数时,被操作的对象需要自己实现合适的接口,通用函数会利用该接口,完成具体场景中的任务。

利用函数回调或者接口,都可以解决事先不知道具体实现的情况。函数回调方式传递的是函数,而接口方式传递的是实现了该接口的对象。

在 Java 中,函数回调需要利用反射机制来完成,易出错、效率低,而使用接口可以让代码的逻辑更加清晰、运行效率更高、也更便于调试。

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