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[Java教程]编写高质量代码:改善Java程序的151个建议(第3章:类、对象及方法___建议36~40)

建议36:使用构造代码块精简程序

  什么叫做代码块(Code Block)?用大括号把多行代码封装在一起,形成一个独立的数据体,实现特定算法的代码集合即为代码块,一般来说代码快不能单独运行的,必须要有运行主体。在Java中一共有四种类型的代码块:

  1. 普通代码块:就是在方法后面使用"{}"括起来的代码片段,它不能单独运行,必须通过方法名调用执行;
  2. 静态代码块:在类中使用static修饰,并用"{}"括起来的代码片段,用于静态变量初始化或对象创建前的环境初始化。
  3. 同步代码块:使用synchronized关键字修饰,并使用"{}"括起来的代码片段,它表示同一时间只能有一个线程进入到该方法块中,是一种多线程保护机制。
  4. 构造代码块:在类中没有任何前缀和后缀,并使用"{}"括起来的代码片段;

  我么知道一个类中至少有一个构造函数(如果没有,编译器会无私的为其创建一个无参构造函数),构造函数是在对象生成时调用的,那现在为你来了:构造函数和代码块是什么关系,构造代码块是在什么时候执行的?在回答这个问题之前,我们先看看编译器是如何处理构造代码块的,看如下代码:

 1 public class Client36 { 2  3   { 4     // 构造代码块 5     System.out.println("执行构造代码块"); 6   } 7  8   public Client36() { 9     System.out.println("执行无参构造");10   }11 12   public Client36(String name) {13     System.out.println("执行有参构造");14   }15 }

  这是一段非常简单的代码,它包含了构造代码块、无参构造、有参构造,我们知道代码块不具有独立执行能力,那么编译器是如何处理构造代码块的呢?很简单,编译器会把构造代码块插入到每个构造函数的最前端,上面的代码等价于:

 1 public class Client36 { 2  3   public Client36() { 4     System.out.println("执行构造代码块"); 5     System.out.println("执行无参构造"); 6   } 7  8   public Client36(String name) { 9     System.out.println("执行构造代码块");10     System.out.println("执行有参构造");11   }12 }

  每个构造函数的最前端都被插入了构造代码块,很显然,在通过new关键字生成一个实例时会先执行构造代码块,然后再执行其他代码,也就是说:构造代码块会在每个构造函数内首先执行(需要注意的是:构造代码块不是在构造函数之前运行的,它依托于构造函数的执行),明白了这一点,我们就可以把构造代码块应用到如下场景中:

  1. 初始化实例变量(Instance Variable):如果每个构造函数都要初始化变量,可以通过构造代码块来实现。当然也可以通过定义一个方法,然后在每个构造函数中调用该方法来实现,没错,可以解决,但是要在每个构造函数中都调用该方法,而这就是其缺点,若采用构造代码块的方式则不用定义和调用,会直接由编译器写入到每个构造函数中,这才是解决此问题的绝佳方式。
  2. 初始化实例环境:一个对象必须在适当的场景下才能存在,如果没有适当的场景,则就需要在创建该对象的时候创建次场景,例如在JEE开发中,要产生HTTP Request必须首先建立HTTP Session,在创建HTTP Request时就可以通过构造代码块来检查HTTP Session是否已经存在,不存在则创建之。

  以上两个场景利用了构造代码块的两个特性:在每个构造函数中都运行和在构造函数中它会首先运行。很好的利用构造代码块的这连个特性不仅可以减少代码量,还可以让程序更容易阅读,特别是当所有的构造函数都要实现逻辑,而且这部分逻辑有很复杂时,这时就可以通过编写多个构造代码块来实现。每个代码块完成不同的业务逻辑(当然了构造函数尽量简单,这是基本原则),按照业务顺序一次存放,这样在创建实例对象时JVM就会按照顺序依次执行,实现复杂对象的模块化创建。

建议37:构造代码块会想你所想

   上一建议中我们提议使用构造代码块来简化代码,并且也了解到编译器会自动把构造代码块插入到各个构造函数中,那我们接下来看看,编译器是不是足够聪明,能为我们解决真实的开发问题,有这样一个案例,统计一个类的实例变量数。你可要说了,这很简单,在每个构造函数中加入一个对象计数器补救解决了嘛?或者我们使用上一建议介绍的,使用构造代码块也可以,确实如此,我们来看如下代码是否可行:

 1 public class Client37 { 2   public static void main(String[] args) { 3     new Student(); 4     new Student("张三"); 5     new Student(10); 6     System.out.println("实例对象数量:"+Student.getNumOfObjects()); 7   } 8 } 9 10 class Student {11   // 对象计数器12   private static int numOfObjects = 0;13 14   {15     // 构造代码块,计算产生的对象数量16     numOfObjects++;17   }18 19   public Student() {20 21   }22 23   // 有参构造调用无参构造24   public Student(String stuName) {25     this();26   }27 28   // 有参构造不调用无参构造29   public Student(int stuAge) {30 31   }32   //返回在一个JVM中,创建了多少实例对象33   public static int getNumOfObjects(){34     return numOfObjects;35   }36 }

  这段代码可行吗?能计算出实例对象的数量吗?如果编译器把构造代码块插入到各个构造函数中,那带有String形参的构造函数就可能有问题,它会调用无参构造,那通过它生成的Student对象就会执行两次构造代码块:一次是无参构造函数调用构造代码块,一次是执行自身的构造代码块,这样的话计算就不准确了,main函数实际在内存中产生了3个对象,但结果确是4。不过真的是这样吗?我们运行之后,结果是:

  实例对象数量:3;

  实例对象的数量还是3,程序没有问题,奇怪吗?不奇怪,上一建议是说编译器会把构造代码块插入到每一个构造函数中,但是有一个例外的情况没有说明:如果遇到this关键字(也就是构造函数调用自身的其它构造函数时),则不插入构造代码块,对于我们的例子来说,编译器在编译时发现String形参的构造函数调用了无参构造,于是放弃插入构造代码块,所以只执行了一次构造代码块。

  那Java编译器为何如此聪明?这还要从构造代码块的诞生说起,构造代码块是为了提取构造函数的共同量,减少各个构造函数的代码产生的,因此,Java就很聪明的认为把代码插入到this方法的构造函数中即可,而调用其它的构造函数则不插入,确保每个构造函数只执行一次构造代码块。

  还有一点需要说明,大家千万不要以为this是特殊情况,那super也会类似处理了,其实不会,在构造块的处理上,super方法没有任何特殊的地方,编译器只把构造代码块插入到super方法之后执行而已。仅此不同。

  注意:放心的使用构造代码块吧,Java已经想你所想了。

建议38:使用静态内部类提高封装性

   Java中的嵌套类(Nested Class)分为两种:静态内部类(也叫静态嵌套类,Static Nested Class)和内部类(Inner Class)。本次主要看看静态内部类。什么是静态内部类呢?是内部类,并且是静态(static修饰)的即为静态内部类,只有在是静态内部类的情况下才能把static修饰符放在类前,其它任何时候static都是不能修饰类的。

  静态内部类的形式很好理解,但是为什么需要静态内部类呢?那是因为静态内部类有两个优点:加强了类的封装和提高了代码的可读性,我们通过下面代码来解释这两个优点。 

 1 public class Person { 2   // 姓名 3   private String name; 4   // 家庭 5   private Home home; 6  7   public Person(String _name) { 8     name = _name; 9   }10 11   /* home、name的setter和getter方法略 */12 13   public static class Home {14     // 家庭地址15     private String address;16     // 家庭电话17     private String tel;18 19     public Home(String _address, String _tel) {20       address = _address;21       tel = _tel;22     }23     /* address、tel的setter和getter方法略 */24   }25 }

  其中,Person类中定义了一个静态内部类Home,它表示的意思是"人的家庭信息",由于Home类封装了家庭信息,不用再Person中再定义homeAddr,homeTel等属性,这就使封装性提高了。同时我们仅仅通过代码就可以分析出Person和Home之间的强关联关系,也就是说语义增强了,可读性提高了。所以在使用时就会非常清楚它表达的含义。  

public static void main(String[] args) {    // 定义张三这个人    Person p = new Person("张三");    // 设置张三的家庭信息    p.setHome(new Home("北京", "010"));  }

  定义张三这个人,然后通过Person.Home类设置张三的家庭信息,这是不是就和我们真是世界的情形相同了?先登记人的主要信息,然后登记人员的分类信息。可能你由要问了,这和我们一般定义的类有神么区别呢?又有什么吸引人的地方呢?如下所示:

  1. 提高封装性:从代码的位置上来讲,静态内部类放置在外部类内,其代码层意义就是,静态内部类是外部类的子行为或子属性,两者之间保持着一定的关系,比如在我们的例子中,看到Home类就知道它是Person的home信息。
  2. 提高代码的可读性:相关联的代码放在一起,可读性肯定提高了。
  3. 形似内部,神似外部:静态内部类虽然存在于外部类内,而且编译后的类文件也包含外部类(格式是:外部类+$+内部类),但是它可以脱离外部类存在,也就说我们仍然可以通过new Home()声明一个home对象,只是需要导入"Person.Home"而已。  

  解释了这么多,大家可能会觉得外部类和静态内部类之间是组合关系(Composition)了,这是错误的,外部类和静态内部类之间有强关联关系,这仅仅表现在"字面上",而深层次的抽象意义则依类的设计.

  那静态类内部类和普通内部类有什么区别呢?下面就来说明一下:

  1. 静态内部类不持有外部类的引用:在普通内部类中,我们可以直接访问外部类的属性、方法,即使是private类型也可以访问,这是因为内部类持有一个外部类的引用,可以自由访问。而静态内部类,则只可以访问外部类的静态方法和静态属性(如果是private权限也能访问,这是由其代码位置决定的),其它的则不能访问。
  2. 静态内部类不依赖外部类:普通内部类与外部类之间是相互依赖关系,内部类实例不能脱离外部类实例,也就是说它们会同生共死,一起声明,一起被垃圾回收,而静态内部类是可以独立存在的,即使外部类消亡了,静态内部类也是可以存在的。
  3. 普通内部类不能声明static的方法和变量:普通内部类不能声明static的方法和变量,注意这里说的是变量,常量(也就是final static 修饰的属性)还是可以的,而静态内部类形似外部类,没有任何限制。

建议39:使用匿名类的构造函数

   阅读如下代码,看上是否可以编译: 

  public static void main(String[] args) {    List list1=new ArrayList();    List list2=new ArrayList(){};    List list3=new ArrayList(){{}};    System.out.println(list1.getClass() == list2.getClass());    System.out.println(list2.getClass() == list3.getClass());    System.out.println(list1.getClass() == list3.getClass());  }

  注意ArrayList后面的不通点:list1变量后面什么都没有,list2后面有一对{},list3后面有两个嵌套的{},这段程序能否编译呢?若能编译,那输结果是什么呢?

  答案是能编译,输出的是3个false。list1很容易理解,就是生命了ArrayList的实例对象,那list2和list3代表的是什么呢?

  (1)、list2 = new ArrayList(){}:list2代表的是一个匿名类的声明和赋值,它定义了一个继承于ArrayList的匿名类,只是没有任何覆写的方法而已,其代码类似于: 

// 定义一个继承ArrayList的内部类  class Sub extends ArrayList {  }  // 声明和赋值  List list2 = new Sub();

  (2)、list3 = new ArrayList(){{}}:这个语句就有点奇怪了,带了两对{},我们分开解释就明白了,这也是一个匿名类的定义,它的代码类似于: 

  // 定义一个继承ArrayList的内部类  class Sub extends ArrayList {    {      //初始化代码块    }  }  // 声明和赋值  List list3 = new Sub();

看到了吧,就是多了一个初始化块而已,起到构造函数的功能,我们知道一个类肯定有一个构造函数,而且构造函数的名称和类名相同,那问题来了:匿名类的构造函数是什么呢?它没有名字呀!很显然,初始化块就是它的构造函数。当然,一个类中的构造函数块可以是多个,也就是说会出现如下代码:

List list4 = new ArrayList(){{} {} {} {} {}};

上面的代码是正确无误,没有任何问题的,现在清楚了,匿名类虽然没有名字,但也是可以有构造函数的,它用构造函数块来代替构造函数,那上面的3个输出就很明显了:虽然父类相同,但是类还是不同的。  

建议40:匿名类的构造函数很特殊

 在上一建议中我们讲到匿名类虽然没有名字,但可以有一个初始化块来充当构造函数,那这个构造函数是否就和普通的构造函数完全不一样呢?我们来看一个例子,设计一个计算器,进行加减运算,代码如下: 

 1 public class Calculator { 2   enum Ops { 3     ADD, SUB 4   }; 5  6   private int i, j, result; 7  8   // 无参构造 9   public Calculator() {10 11   }12 13   // 有参构造14   public Calculator(int _i, int _j) {15     i = _i;16     j = _j;17   }18 19   // 设置符号,是加法运算还是减法运算20   protected void setOperator(Ops _ops) {21     result = _ops.equals(Ops.ADD) ? i + j : i - j;22   }23 24   // 取得运算结果25   public int getResult() {26     return result;27   }28 29 }

 代码的意图是,通过构造函数传递两个int类型的数字,然后根据设置的操作符(加法还是减法)进行运算,编写一个客户端调用:

  public static void main(String[] args) {    Calculator c1 = new Calculator(1, 2) {      {        setOperator(Ops.ADD);      }    };    System.out.println(c1.getResult());  }

 这段匿名类的代码非常清晰:接收两个参数1和2,然后设置一个操作符号,计算其值,结果是3,这毫无疑问,但是这中间隐藏着一个问题:带有参数的匿名类声明时到底调用的是哪一个构造函数呢?我们把这段程序模拟一下:

//加法计算class Add extends Calculator{  {    setOperator(Ops.ADD);  }  //覆写父类的构造方法  public Add(int _i, int _j){      }}

 匿名类和这个Add类等价吗?可能有人会说:上面只是把匿名类增加了一个名字,其它的都没有改动,那肯定是等价了,毫无疑问 ,那好,编写一个客户端调用Add类的方法看看。代码就略了,因为很简单new Add,然后调用父类的getResult方法就可以了,经过测试,输出结果为0(为什么而是0?这很容易,有参构造没有赋值)。这说明两者不等价,不过,原因何在呢?

  因为匿名类的构造函数特殊处理机制,一般类(也就是没有显示名字的类)的所有构造函数默认都是调用父类的无参构造函数的,而匿名类因为没有名字,只能由构造代码块代替,也就无所谓有参和无参的构造函数了,它在初始化时直接调用了父类的同参数构造函数,然后再调用了自己的构造代码块,也就是说上面的匿名类和下面的代码是等价的:  

//加法计算class Add extends Calculator{  {    setOperator(Ops.ADD);  }  //覆写父类的构造方法  public Add(int _i, int _j){    super(_i,_j);  }}

  它会首先调用父类有两个参数的构造函数,而不是无参构造,这是匿名类的构造函数与普通类的差别,但是这一点也确实鲜有人仔细琢磨,因为它的处理机制符合习惯呀,我传递两个参数,就是希望先调用父类有两个参数的构造,然后再执行我自己的构造函数,而Java的处理机制也正是如此处理的。