こわくない！Java の関数型インターフェースの基礎と活用法

こわく ない！ Javaの関数型インターフェースの 基礎と活用法 2025-06-07 JJUG CCC 2025 Spring 株式会社サンアーチ Takeshi Miyajima

自己紹介 Takeshi Miyajima 宮島 健 株式会社サンアーチ 業務システム開発 / 運用ツール開発 Java / Spring Boot / React / Vue / etc 2

今日伝えたいこと • 関数型インターフェース・ラムダ式は難しくない • 使いこなすと簡潔で柔軟なコードが書ける • 考えに慣れると、実装アイデアも広がる なんとなく苦手意識のある人に、 やってみよう！と思ってもらえたらうれしい 3

関数型インターフェース 1 4

関数型インターフェースとは
ラムダ式やメソッド参照の受け皿となるインターフェース
関数型
インターフェース

greet(name -> "Hello, " + name);
ラムダ式
public static void greet(
Function<String, String> greeter) {
String message = greeter.apply("太郎");
System.out.println(message);
}

定義

@FunctionalInterface
public interface Function<T, R> {
R apply(T t);
}
「抽象メソッド1つだけ」ルール

ラムダ式の受け皿型

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関数型インターフェースを学ぶ意義 1
処理を渡すのにラムダ式が使えるため、短く直感的に書ける

// 無名クラスの場合
greet(new Function<String, String>() {
@Override
public String apply(String name) {
return "Hello, " + name;
}
});

// ラムダ式の場合
greet(name -> "Hello, " + name);

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関数型インターフェースを学ぶ意義 2
処理を渡すのが簡単なため、構造と処理の分離がしやすい
→ 構造に対する共通操作を再利用しやすくなる
// ループ処理を毎回書く必要がある
List<User> users = new ArrayList<>();
for (User user : allUsers) {
if (user.getAge() => 20) {
users.add(user);
}
}

// 「絞り込み条件」だけを変更する
List<User> users = allUsers
.stream()
.filter(user -> user.getAge() => 20)
.toList();

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関数型インターフェースを学ぶ意義 3 「命令型」から「宣言型」への転換 →「どうやるか」ではなく「なにをやるか」に視点が変わる 命令型：処理手順を伝える 1. 結果格納用のリストを作っておく 2. ユーザー情報を全件ループ処理 1. 20歳以上の条件に該当するものがあれば、 結果格納用のリストに追加する 3. 結果格納用のリストを返却する 宣言型：リクエストを伝える ユーザー情報から、 20歳以上のユーザーを抽出して リストとして返却して 8

関数型インターフェースを学ぶ意義 4 さまざまな言語で同じようなものがある → 考え方を他言語へも流用可能 JavaScript numbers.map(x => x * 2); Python list(map(lambda x: x * 2, numbers)) C# numbers.Select(x => x * 2).ToList() 9

関数型インターフェースを学ぶ意義 5 様々なAPIで関数型インターフェースが使われるようになってる → ある程度慣れていないと困るシチュエーションが発生する 特に非同期・リアクティブプログラミングでは必須 関数型インターフェース前提のAPI Stream API / Optional / CompletableFuture Spring WebFlux / Spring R2DBC / Spring Security / etc 10

関数型インターフェースに苦手意識を感じる理由 1 宣言型の考え方になじめていない • どう動くのかがイメージできないことが不安 • IDEでのデバッグがやりづらい • そもそも “処理を渡す” というイメージが沸かない 中身を詳細に理解しようとせず、 抽象的にイメージするのが大事 Stream Filter 11

関数型インターフェースに苦手意識を感じる理由 2 型定義が複雑でとっつきにくい • インターフェース名が抽象度が高すぎる • ジェネリクス型が複雑怪奇になりがち <R> St ream<R > map( Functi on<? s ) uper T ,? ?? extend s R> m apper やってみるとそんなに難しくない！ どんどん使って慣れるのが一番！ 12

覚えておくべき関数型インターフェース java.util.functionパッケージのうち、覚えるべきは以下のもののみ。 インターフェース 引数 戻り値 代表メソッド イメージ Runnable なし なし void run() 処理の実行 Supplier<T> なし あり T get() 値の生成 Consumer<T> あり なし void accept(T t) 値の利用 Function<T, R> あり あり R apply(T t) 値の変換 Predicate<T> あり boolean boolean test(T t) 値の判定 13

関数型インターフェースを使う 2 14

例1) リスト操作 関数型インターフェースなし ユーザー情報を全件取得してほしい public List<User> findAllUsers() { return userRepository.findAll(); } 15

例1) リスト操作

関数型インターフェースなし

20歳以上のユーザーに絞り込んでほしい
public List<User> findUsers() {
List<User> users = new ArrayList<>();
for (User user : userRepository.findAll()) {
if (user.getAge() >= 20) {
users.add(user);
}
}
return users;
}

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例1) リスト操作

関数型インターフェースなし

ユーザー名と年齢の昇順に並べかえてほしい
// さっきのコードに追加
users.sort(new Comparator<User>() {
@Override
public int compare(User u1, User u2) {
if (u1.getName().equals(u2.getName())) {
return Integer.compare(u1.getAge(), u2.getAge());
} else {
return u1.getName().compareTo(u2.getName());
}
}
});
return users;

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例1) リスト操作

関数型インターフェースなし

ユーザーIDだけ取得してほしい
// さっきのコードに追加
List<Long> userIds = new ArrayList<>();
for (User user : users) {
userIds.add(user.getId());
}
return userIds;

18

例1) リスト操作

関数型インターフェースなし

ここまでの処理のまとめ
public List<Long> findUserIds() {
List<User> users = new ArrayList<>();
for (User user : userRepository.findAll()) {
if (user.getAge() >= 20) {
users.add(user);
}
}

絞り込み

users.sort(new Comparator<User>() {
@Override
public int compare(User u1, User u2) {
if (u1.getName().equals(u2.getName())) {
return Integer.compare(u1.getAge(), u2.getAge());
} else {
return u1.getName().compareTo(u2.getName());
}
}
});

ソート

List<Long> userIds = new ArrayList<>();
for (User user : users) {
userIds.add(user.getId());
}

変換

return userIdss;
}

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例1) リスト操作 関数型インターフェースあり ユーザー情報を全件取得してほしい public List<User> findAllUsers() { return userRepository.findAll(); } 20

例1) リスト操作

関数型インターフェースあり

20歳以上のユーザーに絞り込んでほしい
public List<User> findUsers() {
return userRepository.findAll()
.stream()
.filter(user -> user.getAge() >= 20)
.toList();
}

21

例1) リスト操作

関数型インターフェースあり

ユーザー名と年齢の昇順に並べかえてほしい
public List<User> findUsers() {
return userRepository.findAll()
.stream()
.filter(user -> user.getAge() >= 20)
.sorted(
Comparator.comparing(User::getName)
.thenComparing(User::getAge))
.toList();
}

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例1) リスト操作

関数型インターフェースあり

ユーザーIDだけ取得してほしい
public List<Long> findAllUserIds() {
return userRepository.findAll()
.stream()
.filter(user -> user.getAge() >= 20)
.sorted(
Comparator.comparing(User::getName)
.thenComparing(User::getAge))
.map(User::getId)
.toList();
}

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例1) リスト操作
同じことを実現するのに、ここまで差がある
関数型インターフェースなし
public List<Long> findAllUserIds() {
List<User> users = new ArrayList<>();
for (User user : userRepository.findAll()) {
if (user.getAge() >= 20) {
users.add(user);
}
}
users.sort(new Comparator<User>() {
@Override
public int compare(User u1, User u2) {
if (u1.getName().equals(u2.getName())) {
return Integer.compare(u1.getAge(), u2.getAge());
} else {
return u1.getName().compareTo(u2.getName());
}
}
});

関数型インターフェースあり
public List<Long> findAllUserIds() {
return userRepository.findAll()
.stream()
.filter(user -> user.getAge() >= 20)
.sorted(
Comparator.comparing(User::getName)
.thenComparing(User::getAge))
.map(User::getId)
.toList();
}

List<Long> userIds = new ArrayList<>();
for (User user : users) {
userIds.add(user.getId());
}
return users;
}

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例2) 乱数生成を入れ替え可能にする 処理内で乱数や現在日時を使用すると、テストがやりづらい プロダクトコード テストコード public class TodoService { public void addTodo(String title) { todoRepository.save(new Todo( UUID.randomUUID().toString(), title )); } } @Test void testAddTodo() { todoService.addTodo("Test Todo"); verify(todoRepository).save(new Todo( "???", "Test Todo" )); } 25

例2) 乱数生成を入れ替え可能にする
乱数生成をSupplierに変えて、入れ替え可能にする
プロダクトコード

public class TodoService {
private Supplier<String> idSupplier = () -> UUID.randomUUID().toString();
void setIdSupplier(Supplier<String> idSupplier) {
this.idSupplier = idSupplier;
}
public String addTodo(String title) {
todoRepository.save(new Todo(idSupplier.get(), title));
}
}

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例2) 乱数生成を入れ替え可能にする
テスト時には固定値を生成するSupplierに入れ替えてテストできる
テストコード

@Test
void testAddTodo() {
todoService.setIdSupplier(() -> "test-id");
todoService.addTodo("Test Todo");
verify(todoRepository).save(new Todo("test-id", "Test Todo"));
}

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例3) 独自関数型インターフェースを作る
標準の関数型インターフェースでは、Exceptionをスローできないため、
StreamやOptionalの処理でIO操作はやりづらい
try-catchが必要

filePaths.stream()
.flatMap(path -> Files.lines(path))
.filter(line -> line.contains(keyword))
.forEach(System.out::println);

例外java.io.IOExceptionは報告
されません。スローするには、
捕捉または宣言する必要があり

filePaths.stream()
.flatMap(path -> {
try {
return Files.lines(path);
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
})
.filter(line -> line.contains(keyword))
.forEach(System.out::println);

ます

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例3) 独自関数型インターフェースを作る
独自関数型インターフェースとユーティリティ関数を定義する
@FunctionalInterface
public interface ThrowingFunction<T, R> {
R apply(T t) throws Exception;
static <T, R> Function<T, R> wrap(ThrowingFunction<T, R> f) {
return t -> {
try {
return f.apply(t);
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(e);
}
};
}
}

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例3) 独自関数型インターフェースを作る これにより、Exceptionが発生する処理もStreamに組み込めるようになる ※構文として書きやすくなるだけで、例外が発生しなくなるわけではないため、注意 try-catchが不要 filePaths.stream() .flatMap(ThrowingFunction.wrap(path -> Files.lines(path))) .filter(line -> line.contains(keyword)) .forEach(System.out::println); 30

まとめ 3 31

今日伝えたかったこと • 関数型インターフェース・ラムダ式は難しくない • 使いこなすと簡潔で柔軟なコードが書ける • 考えに慣れると、実装アイデアも広がる 便利なところから小さく使っていこう！ 32

ご静聴ありがとうございました 33

APPENDIX 34

参考リンク • Java言語仕様 ‒ Functional Interface https://docs.oracle.com/javase/specs/jls/se24/html/jls-9.html#jls-9.8 • JavaDoc ‒ @FunctionalInterface https://docs.oracle.com/en/java/javase/24/docs/api/java.base/java/lang/FunctionalInterface.html 35

• https://docs.oracle.com/javase/specs/jls/se24/html/jls-9.html
• https://docs.oracle.com/en/java/javase/24/docs/api/java.base/java/lang/FunctionalInterface.html

関数型インターフェースの派生パターン • 引数が複数 • • 演算子 (引数と戻り値が同じ型) • • • BiConsumer<T, U>, BiFunction<T, U, R>, BiPredicate<T, U> UnaryOperator<T>, BinaryOperator<T> 引数または戻り値がプリミティブ型（プリミティブ特化型） • ボクシング/アンボクシングによるパフォーマンス劣化対策 • IntConsumer, LongConsumer, DoubleConsumer, ObjIntConsumer<T>, ObjLongConsumer<T>, ObjDoubleConsumer<T>, etc • 様々なパターンで大量に存在する java.util.functionのJavaDocに派生型に対する説明あり • https://docs.oracle.com/en/java/javase/24/docs/api/java.base/java/util/function/package-summary.html 36

• https://docs.oracle.com/en/java/javase/24/docs/api/java.base/java/util/function/package-summary.html

複数引数の関数型インターフェースのサンプル
@FunctionalInterface
public interface BiFunction<T, U ,R> {
R apply(T t, U u);
}
public static void greet(
BiFunction<String, Integer, String> greeter) {
String message = greeter.apply("太郎", 3);
System.out.println(message);
}
ラムダ式では、引数部分を (name, times) のように書く
greet((name, times) -> "Hello, " + name.repeat(times));
// => Hello, 太郎太郎太郎

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for文とStreamのパフォーマンス比較 Slide 15〜24 のサンプルコードで実行速度を比較 ※1 検証環境：Macbook Air M4 8コアCPU / Temurin JDK 24.0.1+9 検証パターン 1,000件 ms/op 100万件 ms/op for文 0.040 0.001 260.097 11.429 Stream API 0.034 0.001 227.922 5.154 Stream API (Parallel) 0.075 0.005 58.125 3.536 Stream API (Virtual Threads) ※2 0.214 0.049 431.461 20.469 ※1 JMHにて以下のパラメーターで計測 Warmup: iterations=3, time=2s / Measurement: iterations=5, time=2s / Fork: 1 ※2 ユーザーIDの変換処理のみ Gatherers.mapConcurrent() を使用して Virtual Threads を利用 38

• https://github.com/openjdk/jmh

EOF 39