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Java接地气日常编码技巧

JAVA葵花宝典

共 9085字，需浏览 19分钟

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2020-11-08 03:34


本文来源：http://r6d.cn/9KG9


Effective Java。Java名著，必读。如果能严格遵从本文的原则，以编写API的质量来苛求自己的代码，会大大提升编码素质。

以下内容只记录了我自己整理的东西，还是建议读原文。为了聚焦知识点，一些说明故意忽略掉了。相当于是一篇摘要。

1、考虑用静态工厂方法替代构造函数

例子：

Integer.valueOf(“1”)、Boolean.valueOf(“true”)等。

优势：

  • 可读性高（方法名）
  • 性能（不一定创建对象）
  • 灵活性高

下面针对三个优势进行一些解读。

可读性高

new Point(x,y)和Point.at(x,y)、Point.origin()。构造函数只能看出两个参数，不知其意，后者更易理解。

性能

在某些情况下，可以事先进行实例化一些对象，调用时直接调用即可，不需要进行改变。比如，Boolean。

public final class Boolean implements Serializable, Comparable {
    // 预先设置两个对象
    public static final Boolean TRUE = new Boolean(true);
    public static final Boolean FALSE = new Boolean(false);

    public Boolean(boolean var1) {
        this.value = var1;
    }

    public Boolean(String var1) {
        this(parseBoolean(var1));
    }

    // 工厂方法
    public static Boolean valueOf(boolean var0) {
        return var0?TRUE:FALSE;    // 返回预先设置的对象，而不是创建对象
    }
    // 工厂方法
    public static Boolean valueOf(String var0) {
        return parseBoolean(var0)?TRUE:FALSE;
    }
    // ... other code
}

灵活性高

可根据具体情况，返回子类。相当于更强大的工厂。直接从父类获取到子类。尤其适用于工具类（提供各种API）。例子：Collections。

public class Collections {
    // 私有，典型工厂
    private Collections() {
    }

    public static final List EMPTY_LIST = new EmptyList<>();
    // 工厂方法
    public static final  List emptyList() {
        return (List) EMPTY_LIST;
    }
    private static class EmptyList extends AbstractList implements RandomAccess, Serializable {
    // code
    }

    // 工厂方法
    public static  List checkedList(List list, Class type) {
    // 根据具体情况，获取相应子类
        return (list instanceof RandomAccess ?
                new CheckedRandomAccessList<>(list, type) :
                new CheckedList<>(list, type));
    }

    // 子类1
    static class CheckedRandomAccessList extends CheckedList implements RandomAccess {
        CheckedRandomAccessList(List list, Class type) {
            super(list, type);
        }

        public List subList(int fromIndex, int toIndex) {
            return new CheckedRandomAccessList<>(
                    list.subList(fromIndex, toIndex), type);
        }
    }

    // 子类2
    static class CheckedList extends CheckedCollection implements List {
    // code
    }
}

2、多个构造函数时，考虑使用构造器

尤其在进行Android开发时，会碰到这种情况。通常是一个对象，具有多个成员变量可能需要初始化，常规方法，需要提供大量构造函数。例如：

// 非Android中的AlertDialog，便于说明问题，举个例子
public class AlertDialog {
    private int width;
    private int height;
    private String title;
    private String confirmText;
    private String denyText;

    private AlertDialog(){}
    public AlertDialog(int width, int height){    // 空白的警告框
         AlertDialog(width,height,null);
    }

    // 带标题的警告框
    public AlertDialog(int width, int height, String title){    // 带标题的警告框
        AlertDialog(width, height, title, "确定");
    }

    // 带标题的警告框，有确定按钮
    public AlertDialog(int width, int height, String title, String confirm){   
        AlertDialog(width, height, title, confirm, null);
    }

    // 带标题的警告框，有确定按钮，取消按钮
    public AlertDialog(int width, int height, String title, String confirm, String denyText){
        // set every thing.
    }
}

有多种样式的警告框，为了调用方便，必须提供多个构造函数。否则用户在调用时，只能使用完整构造函数，容易犯错且无法进行阅读。极不灵活。如果采用另外一种方式，则可以解决，但会花费很多经历处理并发的情况:

// 非Android中的AlertDialog，便于说明问题，举个例子
public class AlertDialog {
    private int width;
    private int height;
    private String title;
    private String confirmText;
    private String denyText;

    public AlertDialog(){}// 空白的构造函数
   
    public void setWidth(int width){
        this.width = width;
    }
    // 其他set方法
}

调用时，通过调用各个参数的set方法进行设置。问题来了：

  1. 并发
  2. 无法进行参数校验。例如，只创建了对象，设置了标题，却没有尺寸，相当于创建了一个没有尺寸的警告框。

在Android中，大量的控件都使用了构造器Builder。

// 非Android中的AlertDialog，便于说明问题，举个例子
public class AlertDialog {
    private int width;
    private int height;
    private String title;
    private String confirmText;
    private String denyText;

    // private
    private AlertDialog(){}

    // Builder中使用
    protected AlertDialog(Builder b){
        width = b.width;
        height = b.height;
        // .....
        if(width==0||height==0) throws new Exception("size must be set");
    }

    // 构造器
    public static class Builder {
        private int width;
        private int height;
        private String title;
        private String confirmText;
        private String denyText;

        // 注意：返回的Builder。
        public Builder setTitle(String title) {
            this.title = title;
            return this;
        }
        // 其他set...
        
        public AlertDialog build(){
            return AlertDialog(this);
        }
    }
}

于是，可以根据相应需求，进行相应设置，并在AlertDialog真正构造时，进行参数校验。就像这样：

new AlertDialog.Builder().setTitle("提示").build();

上述例子，会成功抛出异常。

3、用私有化构造器或者枚举型强化Singleton。

Singleton指最多会被实例化一次的类。通常情况下，以前的做法是没有问题的。但是在某些高级情况，通过使用反射的相关知识访问private的构造函数，破坏Singleton。

public class Elvis{
    // 注意，公有final对象
    public static final Elvis INSTANCE = new Elvis();
    private Elvis(){}
}

另一种情况，在序列化的过程中，反序列化得到的对象已经不再是以前的对象（破坏了Singleton），这种情况下，可以通过单元素枚举型处理。

public enum Elvis{
    INSTANCE;
    // some methods
}

4、通过私有化构造器强化不可实例化的能力

有一些工具类，仅仅是提供一些能力，自己本身不具备任何属性，所以，不适合提供构造函数。然而，缺失构造函数编译器会自动添加上一个无参的构造器。所以，需要提供一个私有化的构造函数。为了防止在类内部误用，再加上一个保护措施和注释。

public class Util{
    private Util(){
        // 抛出异常，防止内部误调用
        throw new AssertionError();
    }
}

弊端是无法对该类进行继承（子类会调用super()）。

5、避免创建不必要的对象

  • 对象的重用
  • 昂贵的对象，使用对象池
  • 廉价的对象，慎用对象池。现代JVM对廉价对象的创建和销毁非常快，此时不适于使用对象池。

6、消除过期的对象引用

以下三种情况可能会造成内存泄露：

  • 自己管理的内存（数组长度减小后，pop出的对象容易导致内存泄漏）
  • 缓存
  • 监听和回调

自己管理的内存

对于自己管理的内存要小心，比如：

public class Stack{
    private Object[] elements;
    private int size = 0;
    private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
    
    public Stack(){
         elements = new Object[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
    }

    public void push(Object e){
        ensureCapacity();
        elements[size++]=e;    // allocate新的堆内存和栈内存
    }

    public Object pop(){
        if(size==0) throw new EmptyStackException();
        return element[--size];    // pop出element[size]，该对象不再有效。内存泄漏原因。
    }
    
    private void ensureCapacity(){
        if(elements.length==size)
            elements = Arrays.copyOf(elements, 2*size+1);
    }
}

弹出的对象不再有效，但JVM不知道，所以会一直保持该对象，造成内存泄露。

解决：

    public Object pop(){
        if(size==0) throw new EmptyStackException();
        elements[size] = null;        // 等待回收
        return element[--size];
    }

缓存

缓存的对象容易被程序员遗忘，需要设置机制来维护缓存，例如不定期回收不再使用的缓存（使用定时器）。某些情况下，使用WeakHashMap可以达到缓存回收的功效。注，只有缓存依赖于外部环境，而不是依赖于值时，WeakHashMap才有效。

监听或回调

使用监听和回调要记住取消注册。确保回收的最好的实现是使用弱引用（weak reference），例如，只将他们保存成WeakHashMap的键。

7、避免显示调用GC

Java的GC有强大的回收机制，可以简单的记住：不要显示调用finalizer。可以这样理解：

jvm是针对具体的硬件设计的，然而程序却不是针对具体硬件设计的，所以，java代码无法很好的解决gc问题（因为他具有平台差异化）。另外，finalizer的性能开销也非常大，从这个角度上考虑也不应该使用它。

8、覆盖equals方法请遵守通用约定

  • 自反性。x.equals(x) == true
  • 对称性。当前仅当y.equals(x)==true时，x.equals(y)==true
  • 传递性。if(x.equals(y)&&y.equals(z))，y.equals(z)==true
  • 一致性。
  • 非空性。x.equals(null)==false

9、覆盖equals方法时总要覆盖hashCode

为了保证基于散列的集合使用该类（HashMap、HashSet、HashTable），同时，也是Object.hashCode的通用约定，覆盖equals方法时，必须覆盖hashCode。

10、始终覆盖toString

Object的toString方法的通用约定是该对象的描述。注意覆盖时，如果有格式，请备注或者严格按照格式返回。

11、谨慎覆盖clone

12、考虑实现Comparable接口

13、使类和成员的可访问性最小化

目的是解耦。简单来讲，使用修饰符的优先级从大到小，private>protected>default(缺省)>public。如果在设计之初，设计为private修饰符后，在之后的编码过程如果不得不扩大其作用于，应该先检查是否设计的确如此。

子类覆盖超类，不允许访问级别低于超类的访问级别。（超类的protected，子类覆盖后不能改为default）。

成员变量决不允许是公有的。一旦设置为公有，则放弃了对他处理的能力。这种类并不是线程安全的。即使是final的，也不允许。除非希望通过public static final来暴露常量。成员变量总是需要使用setter和getter来维护。有一个例外：长度非零的数组。这是安全漏洞的一个根源。

// 安全漏洞！此处的数组，并不是不可变的
public static final Thing[] VALUES = {...}

改进：

private static final Thing[] PRIVATE_VALUES = {...}
// 此时获取到的才是“常量”
public static final List VALUS = 
    Collections.unmodifiableList(Arrays.asList(PRIVATE_VALUES))

另一种：

private static final Thing[] PRIVATE_VALUES = {...}
// 此时获取到的才是“常量”
public static final Thing[] values(){
    return PRIVATE_VALUES.clone();
}

14、在公有类中使用访问方法而非公有成员变量（类似13）

15、使可变性最小化

16、复合优先于继承

继承有利于代码复用，但是尽可能不要进行跨包的继承。包内的继承是优秀的设计方式，一个包里的文件处在同一个程序员的控制之下。但是继承有其局限性：子类依赖于超类。超类一旦发生更改，将可能破坏子类。并且，如果超类是有缺陷的，子类也会得“遗传病”。

复合，即不扩展已有的类，而是在的类中新增一个现有类的。相当于现有类作为一个组建存在于新类中。如此，将只会用到需要用到的东西，而不表现现有类所有的方法和成员变量。新类也可以称为“包装类”，也就是设计模式中的Decorate模式。

17、要么就为继承而设计，并提供文档说明，要么就禁止继承

18、接口优于抽象类

19、接口只用于定义类型

20、类层次优先于标签类

21、用函数对象表示策略

函数参数可以传入类似listener的对象，目的是使用listener中的方法。如果使用匿名的参数，每一次调用会创建新的对象。可以将listener声明为成员变量，每次都复用同一个对象，并且可以使用静态域（static变量）。比如String类的CASE_INSENSITIVE_ORDER域。

22、优先考虑静态类成员

嵌套类的目的应该只是为了他的外围类提供服务，如果以后还可能用于其他环境中，则应该设计为顶层类。静态类相当于一个普通的外部类，只是恰好声明在了一个类内部。通常的用户是：Calculator.Operation.PLUS等。和普通类的区别只是，在PLUS前，有了2个前缀，来表明其含义。而非静态类必须存在于外部类对象中。不要手动在外部创建一个内部非静态类对象，创建的过程是：instance.New MemberClass()。这非常奇怪。

如果成员类不需要访问外围类，则需要添加static，是他成为静态成员类，否则每个实例都将包含一个额外指向外围对象的引用。将会影响垃圾回收机制。

23、应指定泛型的具体类型，而不是直接使用原生类型。

例如，应该指定List，而不建议直接使用List。

24、消除非首检警告

在使用IDE进行编码时，强大的IDE都会在你编码过程中提示warning，需要尽可能的消除warning，至少，应该小心这些warning。慎用SuppresWarning，如果IDE提示你可以通过添加该注解解决掉warning，请不要那么做。如果实在要使用，请添加注释说明原因。

25、列表优先于数组

类比泛型，数组是有一定缺陷的。List和List是没有关系的，而Sub[]是Super[]的子类。

// Fails at runtime
Object[] objectArray = new Long[1];
objectArray[0] = "I don't fit in";       // throw exception

// won't compile
List ol = new ArrayList();   // Incompatible types
ol.add("I don't fit in");
从代码中可以看到，使用泛型，会提前发现错误。
26、优先考虑泛型
27、优先考虑泛型方法
28、利用有限制通配符来提升API的灵活性
PECS，producer-extends，consumer-super。
//public class Stack{
//    public Stack();
//    public void push(E e);
//    public E pop();
//    public boolean isEmpty();
//}

public void pushAll(Iterator src){
    for(E e : src)
        push(e);
}

public void popAll(Collection dst){
    while(!isEmpty()){
        dst.add(pop());
    }
}

// Get and Put Principle
所有comparable和comparator都是消费者（Consumer）。
29、优先考虑类型安全的异构容器
30、用enum代替int常量
public enum Apple { FUJI, PIPPIN, GRANNY_SMITH }
public enum Orange { NAVEL, TEMPLE, BLOOD }
枚举型在java中非常强大，当需要一组固定常量时，使用enum比int好很多。比如代码可读性，安全性等。
31、enum用实例域代替序数
// bad solution
public enum Ensemble {
    SOLO, DUET, TRIO, QUARTET, QUINTET, 
    SEXTET, SEPTET, OCTET, NONET, DECTET;

    public int numberOfMusicians() { return ordinal() + 1; }
}
// 

// improvement
public enum Ensemble {
    SOLO(1), DUET(2), TRIO(3), QUARTET(4), QUINTET(5), 
    SEXTET(6), SEPTET(7), OCTET(8), NONET(9), DECTET(10), TRIPLE_QUARTET(12);

    private final int numberOfMusicians;
    Ensemble(int size) { this.numberOfMusicians = size; }
    public int numberOfMusicians() { return numberOfMusicians; }
}
永远不要像第一种的方式，利用序数访问enum，需要在构造函数中使用参数来初始化。
32、用EnumSet代替位域
public class Text{
    public static final int STYLE_BOLD                     = 1 << 0;    // 1
    public static final int STYLE_ITALIC                    = 1 << 1;    // 2
    public static final int STYLE_UNDERLINE          = 1 << 2;    // 4
    public static final int STYLE_STRIKETHROUGH = 1 << 3;    // 8

    public void applyStyles(int styles){  
        // ...
    }
}



// 
text.applyStyles(STYLE_BOLD | STYLE_ITALIC);
以上叫做位图法，但是有更好的方案来传递多组常量——EnumSet。
public class Text{
    public enum Style { BOLD, ITALIC, UNDERLINE, STRIKETHROUGH }

    // 注意此处，使用的是Set而不是EnumSet
    public void applyStyles(Set