盡管軟件開發(fā)一直致力于追求高效、可讀性強(qiáng)、易于維護(hù)的特性，但這些特性卻像是一個不可能三角，相互交織，此消彼長。就像底層語言（如匯編和C語言）能夠保持高效的運(yùn)行性能，但在可讀性和維護(hù)性方面卻存在短板和劣勢；而高級語言（如Java和Python）在可讀性和可維護(hù)性方面表現(xiàn)出色，但在執(zhí)行效率方面卻存在不足。構(gòu)建語言生態(tài)的優(yōu)勢，彌補(bǔ)其存在短板，始終是編程語言的一個演進(jìn)方向。
不同編程語言，擁有不同的特性和規(guī)約，下面就以JAVA語言為例，細(xì)數(shù)那些開發(fā)過程中容易被人忽略，但必須掌握的知識點(diǎn)和實(shí)踐技能。1999年，美國太空總署（NASA）的火星任務(wù)失?。涸谶@次任務(wù)中，火星氣候探測者號上的飛行系統(tǒng)軟件使用公制單位牛頓計(jì)算推進(jìn)器動力，而地面人員輸入的方向校正量和推進(jìn)器參數(shù)則使用英制單位磅力，導(dǎo)致探測器進(jìn)入大氣層的高度有誤，最終瓦解碎裂。
這是由于國際標(biāo)準(zhǔn)（牛）和本土化（磅）的沖突導(dǎo)致的一起事故。由此引出了程序需要關(guān)注可維護(hù)性這個話題，由于軟件生產(chǎn)往往需要多人協(xié)作，可維護(hù)性正是協(xié)作共識里的重要一環(huán)。關(guān)于這方面，讓人最容易想到的就是命名和注釋兩個方面了，下面就展開來探討一下。2.1 關(guān)于命名
按照閱讀習(xí)慣，程序的變量命名法都需要克服單詞間的空格問題，從而把不同單詞串連起來，最終達(dá)到創(chuàng)造出一種易于閱讀的新“單詞”的效果。常見的命名方法有以下幾種：- 蛇形命名法（snake case）：又叫下劃線命名法，使用下劃線，單詞小寫，比如：my_system;
- 駝峰命名法（camel case）：按照單詞首字母區(qū)分大小寫，又可細(xì)分為大駝峰命名法和小駝峰命名法，比如：MySystem，mySystem;
- 匈牙利命名法（HN case）：屬性+類型+描述，比如：nLength，g_cch, hwnd；
- 帕斯卡命名法（Pascal case）：全部首字母大寫，等同于大駝峰命名法，比如：MySystem；
- 脊柱命名法（spinal case）：使用中劃線，比如：my-system；
- 自由命名法（studly caps）：大小寫混雜，無簡明規(guī)則，比如：mySYSTEM，MYSystem；
按照受眾量與知名程度排名，駝峰命名法和蛇形命名法更受到大家的歡迎，畢竟它們在可讀性，易寫性等方面比較有優(yōu)勢。2.1.1 命名字典
建議研發(fā)同學(xué)將業(yè)內(nèi)常見業(yè)務(wù)場景的命名熟記，當(dāng)然，已經(jīng)有人幫我們總結(jié)過了，這里不再做過多的說明。這里摘錄如下，可供參考：管理類命名：Bootstrap，Starter，Processor，Manager，Holder，F(xiàn)actory，Provider，Registrar，Engine，Service，Task回調(diào)類命名：Handler，Callback，Trigger，Listener，Aware監(jiān)控類命名：Metric，Estimator，Accumulator，Tracker內(nèi)存管理類命名：Allocator，Chunk，Arena，Pool過濾檢測類命名：Pipeline，Chain，F(xiàn)ilter，Interceptor，Evaluator，Detector結(jié)構(gòu)類命名：Cache，Buffer，Composite，Wrapper，Option, Param,Attribute，Tuple，Aggregator，Iterator，Batch，Limiter常見設(shè)計(jì)模式命名：Strategy，Adapter，Action，Command，Event，Delegate，Builder，Template，Proxy解析類命名：Converter，Resolver，Parser，Customizer，F(xiàn)ormatter網(wǎng)絡(luò)類命名：Packet，Encoder、Decoder、Codec，Request，ResponseCRUD命名：Controller，Service，Repository其他類命名：Mode，Type，Invoker，Invocation，Initializer，F(xiàn)uture，Promise，selector，Reporter，Constants，Accessor，Generator2.1.2 命名實(shí)踐
工程通用命名規(guī)則都有哪些呢？不同的語言可能會有不同的習(xí)慣，以Java語言的駝峰命名規(guī)范舉例：- 變量名,方法名首字母小寫,如果名稱由多個單詞組成,除首字母外的每個單詞首字母都要大寫；
規(guī)范比較抽象，先來看看不好的命名有哪些呢？- 自帶混淆功能的變量名：String zhrmghg = "極致縮寫型";
- 沒有意義的萬能變量名：String a,b,c="愛誰誰型";
- 長串拼音變量名：String HuaBuHua = "考古型";
- 各種符號混用：String $my_first_name_ = "打死記不住型";
- 大小寫，數(shù)字，縮寫混亂：String waitRPCResponse1 = "極易出錯型";
除了標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范之外，在實(shí)際的開發(fā)過程中還會有一些困擾我們的實(shí)際案例。1. 在定義一個成員變量的時候，到底是使用包裝類型還是使用基本數(shù)據(jù)類型呢？包裝類和基本數(shù)據(jù)類型的默認(rèn)值是不一樣的，前者是null，后者依據(jù)不同類型其默認(rèn)值也不一樣。從數(shù)據(jù)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕嵌葋碇v，包裝類的null值能夠表示額外信息，從而更加安全。比如可以規(guī)避基本類型的自動拆箱，導(dǎo)致的NPE風(fēng)險(xiǎn)以及業(yè)務(wù)邏輯處理異常風(fēng)險(xiǎn)。所以成員變量必須使用包裝數(shù)據(jù)類型，基本數(shù)據(jù)類型則在局部變量的場景下使用。關(guān)于Java Bean中的getter/setter方法的定義其實(shí)是有明確的規(guī)定的，根據(jù)JavaBeans(TM) Specification規(guī)定，如果是普通的參數(shù)，命名為propertyName，需要通過以下方式定義其setter/getter：
public <PropertyType> get<PropertyName>();
public void set<PropertyName>(<PropertyType> p)
但是，布爾類型的變量propertyName則是另外一套命名原則的：
public boolean is<PropertyName>();
public void set<PropertyName>(boolean p)
- 一類是同一個jar包出現(xiàn)了多個不同的版本。應(yīng)用選擇了錯誤的版本導(dǎo)致jvm加載不到需要的類或者加載了錯誤版本的類；（借助maven管理工具相對容易解決）
- 另一類是不同的jar包出現(xiàn)了類路徑相同的類，同樣的類出現(xiàn)在不同的依賴jar里，由于jar加載的先后順序?qū)е铝薐VM加載了錯誤版本的類；（比較難以解決）
這里著重介紹第二種情況，這種情況容易出現(xiàn)在系統(tǒng)拆分重構(gòu)時，將原有的項(xiàng)目進(jìn)行了復(fù)制，然后刪減，導(dǎo)致部分工具或者枚舉類和原有的路徑和命名都一樣，當(dāng)?shù)谌秸{(diào)用方同時依賴了這兩個系統(tǒng)時，就容易為以后的迭代埋下坑。要規(guī)避此類問題，一定要為系統(tǒng)起一個獨(dú)一無二的package路徑。
補(bǔ)充：如果依賴的都是第三方的庫，存在著類沖突時，可以通過引入第三方庫jarjar.jar，修改其中某個沖突jar文件的包名，以此來解決jar包沖突。5. 在變量命名的可讀性和占用資源（內(nèi)存，帶寬）方面，如何去做權(quán)衡？可以通過對象序列化工具為突破口，以常見的Json（Jackson）序列化方式來舉例：
public class SkuKey implements Serializable {
@JsonProperty(value = "sn")
@ApiModelProperty(name = "stationNo", value = " 門店編號", required = true)
private Long stationNo;
@JsonProperty(value = "si")
@ApiModelProperty(name = "skuId", value = " 商品編號", required = true)
private Long skuId;
// 省略get/set方法
}
2.2 關(guān)于注釋
注釋是程序員和閱讀者之間交流的重要手段，是對代碼的解釋和說明，好的注釋可以提高軟件的可讀性，減少維護(hù)軟件的成本。2.2.1 好的注釋
分層次：按照系統(tǒng)，包，類，方法，代碼塊，代碼行等不同粒度，各有側(cè)重點(diǎn)的進(jìn)行注釋說明。- 系統(tǒng)注釋：通過README.md文件體現(xiàn)宏觀的功能和架構(gòu)實(shí)現(xiàn)；
- 包注釋：通過package-info文件體現(xiàn)模塊職責(zé)邊界，另外該文件也支持聲明友好類，包常量以及為標(biāo)注在包上的注解（Annotation）提供便利；
- 類注釋：主要體現(xiàn)功能職責(zé)，版本支持，作者歸屬，應(yīng)用示例等相關(guān)信息；
- 方法注釋：關(guān)注入?yún)?，出參，異常處理聲明，使用場景舉例等相關(guān)內(nèi)容；
- 代碼塊和代碼行注釋：主要體現(xiàn)邏輯意圖，閉坑警示，規(guī)劃TODO，放大關(guān)注點(diǎn)等細(xì)節(jié)內(nèi)容；
有規(guī)范：好的代碼優(yōu)于大量注釋，這和我們常說的“約定大于配置”是相同的道理。借助swagger等三方庫實(shí)現(xiàn)注解即接口文檔，是一個不錯的規(guī)范方式；2.2.2 壞的注釋
為了能使注釋準(zhǔn)確清晰的表達(dá)出功能邏輯，注釋的維護(hù)是有相當(dāng)?shù)木S護(hù)成本的，所以注釋并不是越多，越詳細(xì)越好。下面就舉一些壞的注釋場景，輔助理解：- 冗余式：如果一個函數(shù)，讀者能夠很容易的就讀出來代碼要表達(dá)的意思，注釋就是多余的；
- 錯誤式：如果注釋地不清楚，甚至出現(xiàn)歧義，那還不如不寫；
- 簽名式：類似“add by liuhuiqing 2023-08-05”這種注釋，容易過期失效而且不太可信（不能保證所有人每次都采用這種方式注釋），其功能完全可以由git代碼管理工具來實(shí)現(xiàn)；
- 長篇大論式：代碼塊里，夾雜了大篇幅的注釋，不僅影響代碼閱讀，而且維護(hù)困難；
- 非本地注釋：注釋應(yīng)該在離代碼實(shí)現(xiàn)最近的地方，比如：被調(diào)用的方法注釋就由方法本身來維護(hù)，調(diào)用方無需對方法做詳細(xì)的說明；
- 注釋掉的代碼：無用的代碼應(yīng)該刪除，而不是注釋。歷史記錄交給git等代碼管理工具來維護(hù)；
2.3 關(guān)于分層
系統(tǒng)分層設(shè)計(jì)的主要目的是通過分離關(guān)注點(diǎn)，來降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，同時提高可復(fù)用性和降低維護(hù)成本。所以懂得分層的概念，很大程度上系統(tǒng)的可維護(hù)性就有了骨架。2.3.1 系統(tǒng)分層
在ISO(（International Standardization Organization）)于1981年制定網(wǎng)絡(luò)通信七層模型(Open System Interconnection Reference Model，OSI/RM)之前，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中存在眾多的體系結(jié)構(gòu)，其中以IBM公司的SNA(系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu))和DEC公司的DNA(DigitalNetworkArchitecture)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)最為著名。最早之前，各個廠家提出的不同標(biāo)準(zhǔn)都是以自家設(shè)備為基礎(chǔ)的，用戶在選擇產(chǎn)品的時候就只能用同一家公司的，因?yàn)椴煌鹃g大家的標(biāo)準(zhǔn)不一樣，工作方式也可能不一樣，結(jié)果就是不同廠商的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品間，可能會出現(xiàn)不兼容的情況。如果說同一家的公司的產(chǎn)品都能滿足用戶的需求的話，那就看哪家公司實(shí)力強(qiáng)點(diǎn)，實(shí)力強(qiáng)的，用戶粘性高的，用戶自然也不會說什么，問題是一家公司并不是對所有的產(chǎn)品都擅長。這就會導(dǎo)致廠商和用戶都面臨著痛苦的煎熬。類比一下當(dāng)前手機(jī)充電接口協(xié)議（Micro USB接口、Type- c接口、Lightning接口），手頭總是要備有各種充電線的場景，就能深刻理解標(biāo)準(zhǔn)的意義了。2.3.2 軟件伸縮性
軟件伸縮性指的是軟件系統(tǒng)在面對負(fù)載壓力時，能夠保持原有性能并擴(kuò)展以支持更多任務(wù)的能力。
伸縮性可以有兩個方面，垂直伸縮性和水平伸縮性，垂直伸縮性是通過在同一個業(yè)務(wù)單元中增加資源來提高系統(tǒng)的吞吐量，比如增加服務(wù)器cpu的數(shù)量，增加服務(wù)器的內(nèi)存等。水平伸縮性是通過增加多個業(yè)務(wù)單元資源，使得所有的業(yè)務(wù)單元邏輯上就像是一個單元一樣。比如ejb分布式組件模型，微服務(wù)組件模型等都屬于此種方式。
軟件系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時需要考慮如何進(jìn)行有效的伸縮性設(shè)計(jì)，以確保在面對負(fù)載壓力時能夠提供足夠的性能支持。系統(tǒng)分層從伸縮性角度看，更多的屬于水平伸縮性的范疇。在J2EE系統(tǒng)開發(fā)當(dāng)中，我們普遍采用了分層構(gòu)架的方式，一般分為表現(xiàn)層，業(yè)務(wù)層和持久層。采用分層以后，因?yàn)閷优c層之間通信會引來額外的開銷，所以給我們軟件系統(tǒng)帶來的就是每個業(yè)務(wù)處理開銷會變大。既然采用分層會帶來額外的開銷，那么我們?yōu)槭裁催€要進(jìn)行分層呢？這是因?yàn)閱渭円揽慷延布Y源的垂直伸縮方式來提高軟件性能和吞吐是有上限的，而且隨著系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，垂直伸縮的代價(jià)也將變得非常昂貴。當(dāng)采用了分層以后，雖然層與層之間帶來了通信開銷，但是它有利于各層的水平伸縮性，并且各個層都可以進(jìn)行獨(dú)立的伸縮而不會影響到其它的層。也就是說當(dāng)系統(tǒng)要應(yīng)對更大的訪問量的時候，我們可以通過增加多個業(yè)務(wù)單元資源來增加系統(tǒng)吞吐量。2.4 小結(jié)
本章內(nèi)容主要從可讀性和可維護(hù)性方面講述了在開發(fā)過程中，要做好命名和注釋的統(tǒng)一共識。除了共識之外，在設(shè)計(jì)層面也需要做好關(guān)注點(diǎn)的隔離，這包含系統(tǒng)職責(zé)的拆分，模塊功能的劃分，類能力的收斂，實(shí)體結(jié)構(gòu)的關(guān)系都需要做好規(guī)劃。下面就從程序的擴(kuò)展性，維護(hù)性，安全性以及性能等幾個重要質(zhì)量指標(biāo)，來學(xué)習(xí)那些經(jīng)典的實(shí)踐案例。3.1 類定義
3.1.1 常量定義
常量是一種固定值，不會在程序執(zhí)行期間發(fā)生改變。你可以使用枚舉（Enum）或類（Class）來定義常量。如果你需要定義一組相關(guān)的常量，那么使用枚舉更為合適。枚舉從安全性和可操作性（支持遍歷和函數(shù)定義）上面擁有更大的優(yōu)勢。
public enum Color {
RED, GREEN, BLUE;
}
如果你只需要定義一個或少數(shù)幾個只讀的常量，那么使用類常量更為簡潔和方便。
public class MyClass {
public static final int MAX_VALUE = 100;
}
3.1.2 工具類
工具類通常包含具有通用性的、某一非業(yè)務(wù)領(lǐng)域內(nèi)的公共方法，不需要配套的成員變量，僅僅是作為工具方法被使用。因此，將其做成靜態(tài)方法最合適，不需要實(shí)例化，能夠獲取到方法的定義并調(diào)用就行。工具類不實(shí)例化的原因是可以節(jié)省內(nèi)存空間，因?yàn)楣ぞ哳愄峁┑氖庆o態(tài)方法，通過類就能調(diào)用，不需要實(shí)例化工具類對象。
public abstract class ObjectHelper {
public static boolean isEmpty(String str) {
return str == null || str.length() == 0;
}
}
3.1.3 JavaBean
JavaBean的定義有兩種常見實(shí)現(xiàn)方式：手動編寫和自動生成。
public class Person {
private String name;
private int age;
public Person(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
}
使用lombok插件，通過注解方式來增強(qiáng)Java代碼的編寫，在編譯期動態(tài)生成get和set方法。
import lombok.Data;
@NoArgsConstructor
@Data
@Accessors(chain = true)
public class Person {
private String name;
private int age;
}
3.1.4 不可變類
在某些場景下，類為了保證其功能和行為的穩(wěn)定性和一致性，會被設(shè)計(jì)為不能被繼承和重寫的。定義方式就是在類上面添加final關(guān)鍵字，示例：
public final class String implements Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
}
以下是一些不能被繼承和重寫的類，這在一些底層中間件中會有應(yīng)用：
java.lang.String
java.lang.Math
java.lang.Boolean
java.lang.Character
java.util.Date
java.sql.Date
java.lang.System
java.lang.ClassLoader
3.1.5 匿名內(nèi)部類
匿名內(nèi)部類通常用于簡化代碼，它的定義和使用通常發(fā)生在同一處，它的使用場景如下：直接作為參數(shù)傳遞給方法或構(gòu)造函數(shù)；
用于實(shí)現(xiàn)某個接口或抽象類的匿名實(shí)例；
public class Example {
public static void main(String[] args) {
// 創(chuàng)建一個匿名內(nèi)部類
Runnable runnable = new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("Hello, World!");
}
};
// 調(diào)用匿名內(nèi)部類的方法
runnable.run();
}
}
3.1.6 聲明類
聲明類是Java語言中的基本類型或接口，用于定義類的行為或特性，有的甚至只是個聲明，沒有具體的方法定義。- AutoCloseable：表示實(shí)現(xiàn)了該接口的類可以被自動關(guān)閉，通常用于資源管理。
- Comparable：表示實(shí)現(xiàn)了該接口的類可以與其他實(shí)現(xiàn)了該接口的對象進(jìn)行比較。
- Callable：表示實(shí)現(xiàn)了該接口的類可以作為參數(shù)傳遞給線程池，并返回結(jié)果。
- Cloneable：表示實(shí)現(xiàn)了該接口的類可以被克隆。
- Enum：表示實(shí)現(xiàn)了該接口的類是一個枚舉類型。
- Iterable：表示實(shí)現(xiàn)了該接口的類可以迭代。
- Runnable：表示實(shí)現(xiàn)了該接口的類可以作為線程運(yùn)行。
- Serializable：表示實(shí)現(xiàn)了該接口的類可以被序列化和反序列化。
- interface：表示實(shí)現(xiàn)了該接口的類是一個接口，可以包含方法聲明。
- Annotation：表示實(shí)現(xiàn)了該接口的類是一個注解，可以用于元數(shù)據(jù)描述。
3.1.7 Record 類
Record 類在 Java14 中就開始預(yù)覽，一直到Java17 才正式發(fā)布。根據(jù) JEP395 的描述，Record 類是不可變數(shù)據(jù)的載體，類似于當(dāng)下廣泛應(yīng)用的各種 model，dto，vo 等 POJO 類，但 record 本身在構(gòu)造之后不再可賦值。所有的 record 類都繼承自 java.lang.Record。Record 類默認(rèn)提供了全字段的構(gòu)造器，屬性的訪問，還有 equals，hashcode，toString 方法，其作用和 lombok 插件非常類似。定義方式
/**
* 關(guān)鍵定義的類是不可變類
* 將所有成員變量通過參數(shù)的形式定義
* 默認(rèn)會生成全部參數(shù)的構(gòu)造方法
* @param name
* @param age
*/
public record Person(String name, int age) {
public Person{
if(name == null){
throw new IllegalArgumentException("提供緊湊的方式進(jìn)行參數(shù)校驗(yàn)");
}
}
/**
* 定義的類中可以定義靜態(tài)方法
* @param name
* @return
*/
public static Person of(String name) {
return new Person(name, 18);
}
}
使用方式
Person person = new Person("John", 30);
// Person person = Person.of("John");
String name = person.name();
int age = person.age();
通過Record 構(gòu)建一個臨時存儲對象，將 Person 數(shù)組對象按照年齡排序。
public List<Person> sortPeopleByAge(List<Person> people) {
record Data(Person person, int age){};
return people.stream()
.map(person -> new Data(person, computAge(person)))
.sorted((d1, d2) -> Integer.compare(d2.age(), d1.age()))
.map(Data::person)
.collect(toList());
}
public int computAge(Person person) {
return person.age() - 1;
}
3.1.8 密封類
Java 17推出的新特性密封類（Sealed Classes），主要作用就是限制類的繼承。我們知道之前對類繼承功能的限制主要有兩種：- package-private類，可以控制只能被同一個包下的類繼承；
但很顯然，這兩種限制方式的力度都非常粗，而密封類正是對類繼承的更細(xì)粒度的控制。
sealed class SealedClass permits SubClass1, SubClass2 {
}
class SubClass1 extends SealedClass {
}
class SubClass2 extends SealedClass {
}
3.2 方法定義
3.2.1 構(gòu)造方法
構(gòu)造方法是一種特殊的方法，用于創(chuàng)建和初始化對象。構(gòu)造方法的名稱必須與類名相同，并且沒有返回類型。在創(chuàng)建對象時，可以通過使用 new 關(guān)鍵字來調(diào)用構(gòu)造方法。
public class MyClass {
private int myInt;
private String myString;
// 構(gòu)造方法
public MyClass(int myInt, String myString) {
this.myInt = myInt;
this.myString = myString;
}
}
3.2.2 方法重寫
方法重寫是指在子類中重新定義與父類中同名的方法。方法重寫允許子類覆蓋父類中的方法實(shí)現(xiàn)，以便根據(jù)子類的需要實(shí)現(xiàn)其自己的行為。
class Animal {
public void makeSound() {
System.out.println("Animal is making a sound");
}
}
class Cat extends Animal {
@Override
public void makeSound() {
System.out.println("Meow");
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Animal myCat = new Cat();
myCat.makeSound();
// 輸出 "Meow"
}
}
3.2.3 方法重載
類中定義多個方法，它們具有相同的名稱但參數(shù)列表不同。方法重載允許我們使用同一個方法名執(zhí)行不同的操作，根據(jù)傳遞給方法的參數(shù)不同來執(zhí)行不同的代碼邏輯。
public class Calculator {
public int add(int a, int b) {
return a + b;
}
public double add(double a, double b) {
return a + b;
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Calculator calculator = new Calculator();
int result1 = calculator.add(2, 3);
double result2 = calculator.add(2.5, 3.5);
System.out.println(result1); // 輸出 5
System.out.println(result2); // 輸出 6.0
}
}
3.2.4 匿名方法
Java 8 引入了 Lambda 表達(dá)式，可以用來實(shí)現(xiàn)類似匿名方法的功能。Lambda 表達(dá)式是一種匿名函數(shù)，可以作為參數(shù)傳遞給方法，或者直接作為一個獨(dú)立表達(dá)式使用。
public static void main(String args[]) {
List<String> names = Arrays.asList("hello", "world");
// 使用 Lambda 表達(dá)式作為參數(shù)傳遞給 forEach 方法
names.forEach((String name) -> System.out.println("Name: " + name));
// 使用 Lambda 表達(dá)式作為獨(dú)立表達(dá)式使用
Predicate<String> nameLengthGreaterThan5 = (String name) -> name.length() > 5;
boolean isLongName = nameLengthGreaterThan5.test("John");
System.out.println("Is long name? " + isLongName);
}
3.3 對象定義
3.3.1 單例對象
單例對象是一種可以重復(fù)使用的對象，但只有一個實(shí)例。它有以下幾個作用：- 控制資源的使用：通過線程同步來控制資源的并發(fā)訪問。
- 控制實(shí)例產(chǎn)生的數(shù)量：達(dá)到節(jié)約資源的目的。
- 作為通信媒介使用：也就是數(shù)據(jù)共享，它可以在不建立直接關(guān)聯(lián)的條件下，讓多個不相關(guān)的兩個線程或者進(jìn)程之間實(shí)現(xiàn)通信。
比如，使用枚舉實(shí)現(xiàn)單例模式：
public enum Singleton {
INSTANCE;
public void someMethod() {
// ...其他代碼...
}
}
3.3.2 不可變對象
Java中的不可變對象是指那些一旦被創(chuàng)建，其狀態(tài)就不能被修改的對象。不可變對象是一種非常有用的對象，因?yàn)樗鼈兛梢源_保對象的狀態(tài)在任何時候都是一致的，從而避免了因?yàn)樾薷膶ο鬆顟B(tài)而引發(fā)的問題。實(shí)現(xiàn)不可變對象有以下幾種方式：- 將對象的狀態(tài)存儲在不可變對象中：String、Integer等就是內(nèi)置的不可變對象類型；
- 將對象的狀態(tài)存儲在final變量中：final變量一旦被賦值就不能被修改；
- 將對象的所有屬性都設(shè)為不可變對象：這樣就可以確保整個對象都是不可變的；
一些容器類的操作也有對應(yīng)的包裝類實(shí)現(xiàn)容器對象的不可變，比如定義不可變數(shù)組對象：
Collections.unmodifiableList(new ArrayList<>());
當(dāng)領(lǐng)域內(nèi)的對象作為入?yún)⑼鈧鬟f時，將其定義為不可變對象，這在保持?jǐn)?shù)據(jù)一致性方面非常重要，否則對象屬性變更的不可預(yù)測性，在進(jìn)行問題定位時，將會非常麻煩。3.3.3 元組對象
元組（Tuple）是函數(shù)式編程語言中的常見概念，元組是一個不可變，并且能夠以類型安全的形式保存多個不同類型的對象。它是一種非常有用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以讓開發(fā)者在處理多個數(shù)據(jù)元素時更加方便和高效。但原生的Java標(biāo)準(zhǔn)庫并沒有提供元組的支持，需要我們自己或借助第三方類庫來實(shí)現(xiàn)。二元組實(shí)現(xiàn)
public class Pair<A,B> {
public final A first;
public final B second;
public Pair(A a, B b) {
this.first = a;
this.second = b;
}
public A getFirst() {
return first;
}
public B getSecond() {
return second;
}
}
三元組實(shí)現(xiàn)
public class Triplet<A,B,C> extends Pair<A,B>{
public final C third;
public Triplet(A a, B b, C c) {
super(a, b);
this.third = c;
}
public C getThird() {
return third;
}
public static void main(String[] args) {
// 表示姓名，性別，年齡
Triplet<String,String,Integer> triplet = new Triplet("John","男",18);
// 獲得姓名
String name = triplet.getFirst();
}
}
多元組實(shí)現(xiàn)
public class Tuple<E> {
private final E[] elements;
public Tuple(E... elements) {
this.elements = elements;
}
public E get(int index) {
return elements[index];
}
public int size() {
return elements.length;
}
public static void main(String[] args) {
// 表示姓名，性別，年齡
Tuple<String> tuple = new Tuple<>("John", "男", "18");
// 獲得姓名
String name = tuple.get(0);
}
}
- 存儲多個數(shù)據(jù)元素：Tuple可以存儲多個不同類型的數(shù)據(jù)元素，這些元素可以是基本類型、對象類型、數(shù)組等；
- 簡化代碼：Tuple可以使代碼更加簡潔，減少重復(fù)代碼的編寫。通過Tuple，我們可以將多個變量打包成一個對象，從而減少了代碼量；
- 提高代碼可讀性：Tuple可以提高代碼的可讀性。通過Tuple，我們可以將多個變量打包成一個對象，從而使代碼更加易讀；
- 支持函數(shù)返回多個值：Tuple可以支持函數(shù)返回多個值。在Java中，函數(shù)只能返回一個值，但是通過Tuple，我們可以將多個值打包成一個對象返回；
除了自定義之外，實(shí)現(xiàn)了元組概念的第三方類庫有：Google Guava，Apache Commons Lang，JCTools，Vavr等。Google Guava庫的Tuple提供了更多的功能，并且被廣泛使用。比如，為了使元組的含義更加明確，Guava提供了命名元組（NamedTuple）的概念。通過給元組命名，可以更清晰地表示每個元素的意義。示例：
NamedTuple namedTuple = Tuples.named("person", "name", "age");
3.3.4 臨時對象
臨時對象是指在程序執(zhí)行過程中臨時需要，但生命周期較短的對象。這些對象通常只在使用過程中短暫存在，不需要長期存儲或重復(fù)使用。關(guān)于臨時對象的優(yōu)化建議如下：- 盡量重用對象。由于系統(tǒng)不僅要花時間生成對象，以后可能還需花時間對這些對象進(jìn)行垃圾回收和處理，因此，生成過多的對象將會給程序的性能帶來很大的影響，重用對象的策略有緩存對象，也可以針對具體場景進(jìn)行定向優(yōu)化，比如使用StringBuffer代替字符串拼接的方式；
- 盡量使用局部變量。調(diào)用方法時傳遞的參數(shù)以及在調(diào)用中創(chuàng)建的臨時變量都保存在棧中，速度較快。其他變量，如靜態(tài)變量、實(shí)例變量等，都在堆中創(chuàng)建，速度較慢；
- 分代收集。分代垃圾回收策略，是基于這樣一個事實(shí)：不同的對象的生命周期是不一樣的。因此，不同生命周期的對象可以采取不同的收集方式，以便提高回收效率；
3.3.5 Valhalla
Java作為高級語言，和更為底層的C語言，匯編語言在性能方面一直存在著不小的差距。為了彌補(bǔ)這一差距，Valhalla 項(xiàng)目于 2014 年啟動，目標(biāo)是為基于 JVM 的語言帶來更靈活的扁平化數(shù)據(jù)類型。我們都知道Java支持原生類型和引用類型兩種。原生數(shù)據(jù)類型按值傳遞，賦值和函數(shù)傳參都會把值給復(fù)制一份，復(fù)制之后兩份之間就再無關(guān)聯(lián)；引用類型無論什么情況傳的都是指針，修改指針指向的內(nèi)容會影響到所有的引用。而Valhalla又引入了值類型（value types），一種介于原生類型和引用類型之間的概念。由于應(yīng)用程序中的大多數(shù)Java數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都是對象，因此我們可以將Java視為指針密集型語言。這種基于指針的對象實(shí)現(xiàn)用于啟用對象標(biāo)識，對象標(biāo)識本身用于語言特性，如多態(tài)性、可變性和鎖定。默認(rèn)情況下，這些特性適用于每個對象，無論它們是否真的需要。這就是值類型（value types）發(fā)揮作用的地方。值類型（value types）的概念是表示純數(shù)據(jù)聚合，這會刪除常規(guī)對象的功能。因此，我們有純數(shù)據(jù)，沒有身份。當(dāng)然，這意味著我們也失去了使用對象標(biāo)識可以實(shí)現(xiàn)的功能。由于我們不再有對象標(biāo)識，我們可以放棄指針，改變值類型的一般內(nèi)存布局。讓我們來比較一下對象引用和值類型內(nèi)存布局。去掉了對象頭信息，在64位操作系統(tǒng)中值類型節(jié)約了對象頭16個字節(jié)的空間。同時，也意味著放棄對象唯一身份（Identity）和初始化安全性，之前的wait()，notify()，synchronized(obj)，System.identityHashCode(obj)等關(guān)鍵字或方法都將失效，無法使用。Valhalla 在提高性能和減少泄漏的抽象方面將會顯著提高：截止到2023年9月，Valhalla 項(xiàng)目仍在進(jìn)行中，還沒有正式版本的發(fā)布，這一創(chuàng)新項(xiàng)目值得期待的。本文總結(jié)了軟件開發(fā)過程中經(jīng)常用到的基礎(chǔ)常識，分為基礎(chǔ)篇和實(shí)踐篇兩個篇章，其中基礎(chǔ)篇中著重講述了類，方法，變量的命名規(guī)范以及代碼注釋好壞的評判標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)踐篇中從類，方法以及對象三個層面分析了常見的技術(shù)概念和落地實(shí)踐，希望這些常識能夠?yàn)樽x者帶來一些思考和幫助。
該文章在 2023/12/12 17:37:40 編輯過
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