如何在Java中创建优雅的对象来提升程序性能

开发 后端
Java 对象的创建方式是其语法明确规定,用户不可能从外部改变的。本文仍然要使用上面的方式来创建对象,所以本文只能说是构建对象,而非创建对象也。

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 其实这个问题很多人都进行过解答,也有很多小伙伴在Java四大名著之一的《Effective Java》中的第1~5小节了解过,不过我还是想结合自己的理解对这个问题进行总结和归纳,谈谈为什么会最终选择构建器来实现我们的目的。

在 Java 中有多种方式可以创建对象,总结起来主要有下面的 4 种方式:

正常创建:通过 new 操作符

反射创建:调用 Class 或 java.lang.reflect.Constructor 的 newInstance()方法

克隆创建:调用现有对象的 clone()方法

发序列化:调用 java.io.ObjectInputStream 的 getObject()方法反序列化

Java 对象的创建方式是其语法明确规定,用户不可能从外部改变的。本文仍然要使用上面的方式来创建对象,所以本文只能说是构建对象,而非创建对象也。

假设有这样一个场景,现在要构建一个大型的对象,这个对象包含许多个参数的对象,有些参数有些是必填的,有些则是选填的。那么如何构建优雅、安全地构建这个对象呢?

01 单一构造函数

通常,我们第一反应能想到的就是单一构造函数方式。直接 new 的方式构建,通过构造函数来传递参数,见下面的代码:

  1. /*** 
  2. * 单一构造函数 
  3. */ 
  4. public class Person { 
  5. // 姓名(必填) 
  6. private String name
  7. // 年龄(必填) 
  8. private int age; 
  9. // 身高(选填) 
  10. private int height; 
  11. // 毕业学校(选填) 
  12. private String school; 
  13. // 爱好(选填) 
  14. private String hobby; 
  15. public Person(String nameint age, int height, String school, String hobby) { 
  16. this.name = name
  17. this.age = age; 
  18. this.height = height; 
  19. this.school = school; 
  20. this.hobby = hobby; 
  21. } } 

上面的构建方式有下面的缺点:

有些参数是可以选填的(如 height, school),在构建 Person 的时候必须要传入可能并不需要的参数。

现在上面才 5 个参数,构造函数就已经非常长了。如果是 20 个参数,构造函数都可以直接上天了!

构建的这样的对象非常容易出错。

客户端必须要对照 Javadoc 或者参数名来讲实参传入对应的位置。如果参数都是 String 类型的,一旦传错参数,编译是不会报错的,但是运行结果却是错误的。

02 多构造函数

对于第 1 个问题,我们可以通过构造函数重载来解决。见下面的代码:

  1. /*** 
  2. * 多构造函数 
  3. */ 
  4. public class Person { 
  5. // 姓名(必填) 
  6. private String name
  7. // 年龄(必填) 
  8. private int age; 
  9. // 身高(选填) 
  10. private int height; 
  11. // 毕业学校(选填) 
  12. private String school; 
  13. // 爱好(选填) 
  14. private String hobby; 
  15. public Person(String nameint age) { 
  16. this.name = name
  17. this.age = age; 
  18. public Person(String nameint age, int height) { 
  19. this.name = name
  20. this.age = age; 
  21. this.height = height; 
  22. public Person(String nameint age, int height, String school) { 
  23. this.name = name
  24. this.age = age; 
  25. this.height = height; 
  26. this.school = school; 
  27. public Person(String nameint age, String hobby, String school) { 
  28. this.name = name
  29. this.age = age; 
  30. this.hobby = hobby; 
  31. this.school = school; 
  32. } } 

上面的方式确实能在一定程度上降低构造函数的长度,但是却有下面的缺陷:

 

导致类过长。这种方式会使得 Person 类的构造函数成阶乘级增长。按理来说,应该要写的构造函数数是可选成员变量的组合数(实际并没有这么多,原因见第 2 点)。如果让我调用这样的类,绝对会在心里默念 xx!!

有些参数组合无法重构。因为 Java 中重载是有限制的,相同方法签名的方法不能构成重载,编译时无法通过。譬如包含(name, age, school)和(name, age, hobby)的构造函数是不能重载的,因为 shcool 和 hobby 同为 String 类型。Java 只认变量的类型,管你变量是什么含义呢。

03 JavaBean方式

上面的方法不行,莫急!还有法宝——JavaBean。一个对象的构建通过多个方法来完成。直接见下面的代码:

  1. public class Person { 
  2. // 姓名(必填) 
  3. private String name
  4. // 年龄(必填) 
  5. private int age; 
  6. // 身高(选填) 
  7. private int height; 
  8. // 毕业学校(选填) 
  9. private String school; 
  10. // 爱好(选填) 
  11. private String hobby; 
  12. public Person(String nameint age) { 
  13. this.name = name
  14. this.age = age; 
  15. public void setHeight(int height) { 
  16. this.height = height; 
  17. public void setSchool(String school) { 
  18. this.school = school; 
  19. public void setHobby(String hobby) { 
  20. this.hobby = hobby; 
  21. } } 
  22. 客户端使用这个对象的代码如下: 
  23. public class Client { 
  24. public static void main(String[] args) { 
  25. Person person = new Person("james", 12); 
  26. person.setHeight(170); 
  27. person.setHobby("reading"); 
  28. person.setSchool("xxx university"); 
  29. } } 

这样看起来完美的解决了 Person 对象构建的问题,使用起来非常优雅便捷。确实,在单一线程的环境中这确实是一个非常好的构建对象的方法,但是如果是在多线程环境中仍有其致命缺陷。在多线程环境中,这个对象不能安全地被构建,因为它不是不可变对象。一旦Person 对象被构建,我们随时可通过 setXXX()方法改变对象的内部状态。假设有一个线程正在执行与 Person 对象相关的业务方法,另外一个线程改变了其内部状态,这样得到莫名其妙的结果。由于线程运行的无规律性,使得这问题有可能不能重现,这个时候真的就只能哭了。

04 Builder方式

为了完美地解决这个问题,下面引出本文中的主角(等等等等!)。我们使用构建器(Builder)来优雅、安全地构建 Person 对象。废话不说,直接代码:

  1. /** 
  2. * 待构建的对象。该对象的特点: 
  3. * <ol> 
  4. * <li>需要用户手动的传入多个参数,并且有多个参数是可选的、顺序随意</li> 
  5. * <li>该对象是不可变的(所谓不可变,就是指对象一旦创建完成,其内部状态不可变, 
  6. 更通俗的说是其成员变量不可改变)。* 不可变对象本质上是线程安全的。</li> 
  7. * <li>对象所属的类不是为了继承而设计的。</li> 
  8. * </ol> 
  9. * 满足上面特点的对象的构建可是使用下面的 Build 方式构建。这样构建对象有下面的好 
  10. 处: 
  11. * <ol> 
  12. * <li>不需要写多个构造函数,使得对象的创建更加便捷</li> 
  13. * <li>创建对象的过程是线程安全的</li> 
  14. * </ol> 
  15. * @author xiaoyu 
  16. * @date 2020-10-25 
  17. */ 
  18. public class Person { 
  19. // 姓名(必填),final 修饰 name 一旦被初始化就不能再改变,保证了对象的不可变 
  20. 性。 
  21. private final String name
  22. // 年龄(必填) 
  23. private final int age; 
  24. // 身高(选填) 
  25. private final int height; 
  26. // 毕业学校(选填) 
  27. private final String school; 
  28. // 爱好(选填) 
  29. private final String hobby; 
  30. /** 
  31. * 这个私有构造函数的作用: 
  32. * <ol> 
  33. * <li>成员变量的初始化。final 类型的变量必须进行初始化,否则无法编译成功</li> 
  34. * <li>私有构造函数能够保证该对象无法从外部创建,并且 Person 类无法被继承</li> 
  35. * </ol> 
  36. */ 
  37. private Person(String nameint age, int height, String school, String hobby) { 
  38. this.name = name
  39. this.age = age; 
  40. this.height = height; 
  41. this.school = school; 
  42. this.hobby = hobby; 
  43. /** 
  44. * 要执行的动作 
  45. */ 
  46. public void doSomething() { 
  47. // TODO do what you want!! 
  48. /** 
  49. * 构建器。为什么 Builder 是内部静态类? 
  50. * <ol> 
  51. * <li>必须是 Person 的内部类。否则,由于 Person 的构造函数私有,不能通过 new 的 
  52. 方式创建 Person 对象</li> 
  53. * <li>必须是静态类。由于 Person 对象无法从外部创建,如果不是静态类,则外部无 
  54. 法引用 Builder 对象。</li> 
  55. * </ol> 
  56. * <b>注意</b>:Builder 内部成员变量要与 Person 的成员变量保持一致。 
  57. * @author xiaoyu 
  58. */ 
  59. public static class Builder { 
  60. // 姓名(必填)。注意:这里不能是 final 的 
  61. private String name
  62. // 年龄(必填) 
  63. private int age; 
  64. // 身高(选填) 
  65. private int height; 
  66. // 毕业学校(选填) 
  67. private String school; 
  68. // 爱好(选填) 
  69. private String hobby; 
  70. public Builder(String nameint age) { 
  71. this.name = name
  72. this.age = age; 
  73. public Builder setHeight(int height) { 
  74. this.height = height; 
  75. return this; 
  76. public Builder setSchool(String school) { 
  77. this.school = school; 
  78. return this; 
  79. public Builder setHobby(String hobby) { 
  80. this.hobby = hobby; 
  81. return this; 
  82. /** 
  83. * 构建对象 
  84. * @return 返回待构建的对象本身 
  85. */ 
  86. public Person build() { 
  87. return new Person(name, age, height, school, hobby); 
  88. } } } 

客户端构建对象的方式见下面的代码:

  1. /** 
  2. * 使用 Person 对象的客户端 
  3. * @author xiaoyu 
  4. * @date 2020-10-25 
  5. */ 
  6. public class Client { 
  7. public static void main(String[] args) { 
  8. /* 
  9. * 通过链式调用的方式创建 Person 对象,非常优雅! 
  10. */ 
  11. Person person = new Person.Builder("james", 12) 
  12. .setHeight(170) 
  13. .setHobby("reading"
  14. .build(); 
  15. person.doSomething(); 
  16. } } 

如果不想看代码,可看下面对于上面代码的总结:

 

通过 private Person(..)使得 Person 类不可被继承

通过将 Person 类的成员变量设置为 final 类型,使得其不可变

通过 Person 内部的 static Builder 类来构建 Person 对象

通过将 Builder 类内部的 setXXX()方法返回 Builder 类型本身,实现链式调用构建 Person 对 象

 

总结

至此,我们就相对完美地解决这一类型的对象创建问题!下面来总结一下本文的重点。待创建的对象特点:

需要用户手动的传入多个参数,并且有多个参数是可选的、顺序任意

对象不可变

对象所属的类不是为了继承而设计的。即类不能被继承

 

依次使用的对象构建方法:

单一构造函数

多构造函数

JavaBean 方式

Builder 方式

最终,通过比较得出 Builder 方法最为合适的解决。

责任编辑:姜华 来源: 浅羽的IT小屋
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