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Java 平臺與 OpenJDK

讓我們從 Java 虛擬機(jī)開始。

編譯器負(fù)責(zé)生成字節(jié)碼；
JIT 編譯器負(fù)責(zé)優(yōu)化成本地代碼；
JVM 解釋器負(fù)責(zé)輸出期望結(jié)果。
字節(jié)碼優(yōu)化技術(shù)：內(nèi)聯(lián) inlining、消除 elimination、標(biāo)量化 scalarization。

下面是一個(gè)優(yōu)化后的結(jié)果示例：

static factory_method.Car produce(java.lang.String);   descriptor: (Ljava/lang/String;)Lfactory_method/Car;  flags: (0x0008) ACC_STATIC  Code:    stack=7, locals=5, args_size=1      0: new #7  // class factory_method/FactoryMethodEvent      3: dup      ...      19: aload_3      20: invokevirtual #17 // Method java/lang/String.hashCode:()I      23: lookupswitch { // 2        3135580: 48        3556498: 63        default: 75      }      48: aload_3      49: ldc #23  // String fast      51: invokevirtual #25  // Method java/lang/String.equals:(Ljava/lang/Object;)Z

用 SOLID 思想看設(shè)計(jì)模式

概述 SOLID 原則以及與現(xiàn)在開發(fā)需要考慮的一些設(shè)計(jì)原則：

SOLID 原則：單一功能、開閉原則、里氏替換、接口隔離以及依賴反轉(zhuǎn)；
不要重復(fù)自己，關(guān)注點(diǎn)分離，CAP 原則；
編程語言和技術(shù)不可知；
微服務(wù)架構(gòu)、分布式系統(tǒng)領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)流；
可擴(kuò)展性、可維護(hù)性與安全性。

設(shè)計(jì)模式分創(chuàng)建型、結(jié)構(gòu)型、行為型，其中行為型設(shè)計(jì)模式需要考慮服務(wù)、運(yùn)行時(shí)的并發(fā)。

一些重要項(xiàng)目

Valhalla 項(xiàng)目：利用通用 API、基礎(chǔ)類型和值類型，提升機(jī)器學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)應(yīng)用程序性能

隱藏類(JEP-371)、對值類型 class 進(jìn)行警告 (JEP-390) 等

Panama 項(xiàng)目：為 JVM 和非 Java API 提供橋梁，可以更容易地實(shí)現(xiàn) App 之間的 I/O

外部函數(shù)和內(nèi)存 API (JEP-424)、Vector API (JEP-426)等

Amber 項(xiàng)目：通過 Java 語言自身演進(jìn)提升生產(chǎn)率

局部變量類型推斷 (JEP-286)、switch 表達(dá)式改進(jìn) (JEP-361)
TextBlocks (JEP-378)、Records (JEP-395), instanceof 的模式匹配 (JEP-394)
密封類 (JEP-409)、默認(rèn)支持 UTF-8 (JEP-400)、Record 模式 (JEP-405)等

Loom 項(xiàng)目: 易于使用，高吞吐量、輕量級并發(fā)和編程方法

虛擬線程 (JEP-425)、結(jié)構(gòu)化并發(fā) (JEP-428)等

簡化創(chuàng)建對象

備選方案：Factory 或 Builder。二者有何區(qū)別？

前者是封裝，后者是逐步構(gòu)建直到最后生產(chǎn)
其它區(qū)別包括，如何補(bǔ)充信息、實(shí)現(xiàn)可測試性等

其它選擇:

抽象工廠、原型模式、單例模式、對象池延遲初始化、依賴注入

JDK 中使用 Builder：使用 StringBuilder 或者像下面這樣：

public class Thread implements Runnable { //JDK19(Preview)    public sealed interface Builder permits Builder.OfPlatform,        Builder.OfVirtual, ThreadBuilders.BaseThreadBuilder {        ..    }}

JDK 中的工廠：使用 Java Collection framework，例如 List、Set 或者 Map。

static <E> List <E> of (E e1, E e2, E e3) {    return ImmutableCollections.listFromTrustedArray(e1, e2, e3);}static <K, V> Map <K, V> of (K k1, V v) {    return new ImmutableCollections.Map1 < > (k1, v1);}

下面是 CarFactory 示例及運(yùn)行效果：

record FastCar(String type) implements Car { ...sealed interface Factory permits CarFactory { ...final class CarFactory {    static Vehicle produce(String type) {        var result =            switch (type) {                case "fast" - > {                    ...                    yield new FastCar(“super”);                }                case String s                when s.length() > 10 - > new SlowCar()                ...

如何結(jié)構(gòu)化思考

如何圍繞實(shí)例化對象組織代碼（指令）

備選方案：適配器或享元模式；
其它方案：組合模式、裝飾器模式、外觀模式（也稱門面模式）、過濾器模式、模塊模式、控制器模式、標(biāo)記型接口、代理模式、雙胞胎模式。

JDK 中的適配器：

public final class Spliterators { ...    public static <T> Iterator <T> iterator(Spliterator <<?extends T> spliterator) {        Objects.requireNonNull(spliterator);        class Adapter implements Iterator <T> , Consumer <T> {            ...        }    }}
public Collections {    ...    public static <T> ArrayList <T> list(Enumeration <T> e) { ... }

JDK 中的友元：

Integer、Byte、Character 等包裝類，以及 valueOf(...) 方法使用到的緩存：

return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];

下面是 Engine 密封接口示例及運(yùn)行效果：

var engine = counter++ % 2 == 0 ? new DieselEngine() : new ElectricEngine();var fastCar = new FastCar(engine);
class FastCar {    ...    FastCar(Engine engine) {         ...    }    public void drive() {        ...        if (engine instanceof ElectricEngine ee) {            ee.checkBatteries();        }        engine.run();...sealed interface Engine {    void run();}

運(yùn)行時(shí)設(shè)置行為

運(yùn)行時(shí)如何維護(hù)對象之間的信息傳遞？

由 JVM 和代碼庫提供靈活性和可維護(hù)性。

備選方案：責(zé)任鏈模式、命令模式、緩存；
其它方案：狀態(tài)模式、策略模式、解釋器模式、迭代器模式、中介者模式、備忘錄模式、Null 對象、觀察者模式、管道、模板方法、訪問者模式等。

JDK 中的責(zé)任鏈：

public class Logger {    public void log(Level level, Supplier < String > msgSupplier)    //overloaded method, Levels: OFF, SEVERE, WARNING ...

JDK 中的命令：

java.lang.Runnable, java.lang.Callable

JDK 中的緩存：

java.util.Localeprivate static class Cache extends LocaleObjectCache < Object, Locale > {    private static final Cache LOCALECACHE = new Cache();

并發(fā)相關(guān)

那么并行執(zhí)行的代碼該如何考慮呢？

根據(jù)問題的多線程性質(zhì)選擇適合的設(shè)計(jì)模式組合。

備選方案：線程池模式；
其它方案：主動(dòng)對象模式、異步方法調(diào)用、Balking 模式、雙重檢查鎖定、讀寫鎖、調(diào)度器等。

下圖中可以看到并發(fā)相關(guān) package 在 JDK 中的依賴關(guān)系（由 Java Mission Control 8.3 生成）

下面是一個(gè)使用虛擬線程的示例：

var threadPerTaskExecutor = Executors.newThreadPerTaskExecutor(threadFactory);var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor();threadPerTaskExecutor.execute(() - > {    while (active.get()) {        executor.submit(new ComputableTask(counter));    }})