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)

Posted 2020-08-09

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。