如何正確的創(chuàng)建和銷(xiāo)毀Java對(duì)象

點(diǎn)擊關(guān)注公眾號(hào)，Java干貨及時(shí)送達(dá)

一、介紹

Java由Sun Microsystems發(fā)明并在1995年發(fā)布，是世界上使用最廣泛的編程語(yǔ)言之一。Java是一個(gè)通用編程語(yǔ)言。由于它擁有功能強(qiáng)大的庫(kù)、運(yùn)行時(shí)、簡(jiǎn)單的語(yǔ)法、平臺(tái)無(wú)關(guān)（Write Once, Run Anywhere - WORA）以及令人敬畏的社區(qū)從而吸引了很多的開(kāi)發(fā)者。

本系列文章我們我們將會(huì)覆蓋一些高級(jí)的Java概念，我們假設(shè)你對(duì)Java語(yǔ)言已經(jīng)有一些基礎(chǔ)知識(shí)。本系列文章并不是一個(gè)完整的參考，而是一個(gè)將您的Java技能提升到下一個(gè)級(jí)別的詳細(xì)指南。

本系列文章中將會(huì)看到一些代碼片段，在這些代碼片段里面將會(huì)使用java 7的語(yǔ)法以及java 8的語(yǔ)法。

二、實(shí)例構(gòu)造（Instance Construction）

Java是面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言，所以新實(shí)例（objects）的創(chuàng)建可能是它最重要的概念之一。在新的類(lèi)實(shí)例中構(gòu)造器（Constructors）扮演了非常核心的角色，Java對(duì)于構(gòu)造器（Constructors）的定義提供了很多方案。

2.1 隱式（implicitly）構(gòu)造器

Java允許定義無(wú)任何構(gòu)造器的類(lèi)，但是這并不意味著此類(lèi)沒(méi)有構(gòu)造器。比如說(shuō)，讓我們看一下下面這個(gè)類(lèi)。

package com.javacodegeeks.advanced.construction;
public class NoConstructor {
}

此類(lèi)沒(méi)有構(gòu)造器，但是Java編譯器會(huì)隱式地（implicitly）生成一個(gè)構(gòu)造器并且在使用new關(guān)鍵字創(chuàng)建新的類(lèi)實(shí)例時(shí)會(huì)被調(diào)用。

final NoConstructor noConstructorInstance = new NoConstructor();

2.2 無(wú)參構(gòu)造器（Constructors without Arguments）

無(wú)參構(gòu)造器是顯式執(zhí)行Java編譯器工作的最簡(jiǎn)單的方法。

package com.javacodegeeks.advanced.construction;
public class NoArgConstructor {
    public NoArgConstructor() {
        // Constructor body here
    }
}

在使用new關(guān)鍵字創(chuàng)建此類(lèi)的新實(shí)例時(shí)會(huì)此構(gòu)造器將會(huì)被調(diào)用。

final NoArgConstructor noArgConstructor = new NoArgConstructor();

2.3 有參構(gòu)造器（Constructors with Arguments）

有參構(gòu)造器是參數(shù)化創(chuàng)建類(lèi)實(shí)例的一個(gè)非常有意思和有用的方法。下面這個(gè)類(lèi)定義了一個(gè)具有兩個(gè)參數(shù)的構(gòu)造器。

package com.javacodegeeks.advanced.construction;
public class ConstructorWithArguments {
    public ConstructorWithArguments(final String arg1,final String arg2) {
        // Constructor body here
    }
}

在這種情況下，當(dāng)使用new關(guān)鍵字創(chuàng)建類(lèi)實(shí)例時(shí)，兩個(gè)構(gòu)造參數(shù)都必須提供。

final ConstructorWithArguments constructorWithArguments = new ConstructorWithArguments( "arg1", "arg2" );

非常有意思的是，使用this關(guān)鍵字，構(gòu)造器之間可以相互調(diào)用。這種連接構(gòu)造函數(shù)的方式在作為減少代碼重復(fù)方面是一個(gè)非常好的實(shí)踐，并且從跟本上說(shuō)這樣做可以讓一個(gè)類(lèi)只有一個(gè)初始化入口點(diǎn)。接上例，我們添加一個(gè)只有一個(gè)參數(shù)的構(gòu)造器。

public ConstructorWithArguments(final String arg1) {
this(arg1, null);
}

2.4 初始化塊（Initialization Blocks）

Java也提供了另外一種使用初始化塊的方式實(shí)現(xiàn)初始化邏輯。這個(gè)特性很少使用但是非常有必要了解一下它的存在。

package com.javacodegeeks.advanced.construction;
    public class InitializationBlock {
    {
        // initialization code here
    }
}

在某些情況下，初始化塊可以彌補(bǔ)匿名無(wú)參構(gòu)造器的缺陷。有一些特殊的類(lèi)可能會(huì)有很多個(gè)初始化塊并且他們會(huì)依次按照他們?cè)诖a中定義的順序被調(diào)用，比如：

package com.javacodegeeks.advanced.construction;
public class InitializationBlocks {
    {
        // initialization code here
    } {
        // initialization code here
    }
}

初始化塊并不是替代構(gòu)造器并且他們可以獨(dú)立于構(gòu)造器而存在。但是需要提及的最重要的一點(diǎn)就是初始化塊會(huì)在任何構(gòu)造器被調(diào)用之前被執(zhí)行。

package com.javacodegeeks.advanced.construction;
public class InitializationBlockAndConstructor {
    {
        // initialization code here
    }
    public InitializationBlockAndConstructor() {
    }
}

2.5 構(gòu)造保障（Construction guarantee）

Java提供了一些開(kāi)發(fā)者所依賴(lài)的初始化保障，未初始化的實(shí)例和類(lèi)參數(shù)會(huì)自動(dòng)初始化為它們的默認(rèn)值。

讓我們使用下面的例子來(lái)確認(rèn)一下這些默認(rèn)值。

package com.javacodegeeks.advanced.construction;
public class InitializationWithDefaults {
    private boolean booleanMember;
    private byte byteMember;
    private short shortMember;
    private int intMember;
    private long longMember;
    private char charMember;
    private float floatMember;
    private double doubleMember;
    private Object referenceMember;

    public InitializationWithDefaults() {
        System.out.println( "booleanMember = " + booleanMember );
        System.out.println( "byteMember = " + byteMember );
        System.out.println( "shortMember = " + shortMember );
        System.out.println( "intMember = " + intMember );
        System.out.println( "longMember = " + longMember );
        System.out.println( "charMember = " +
        Character.codePointAt( new char[] { charMember }, 0 ) );
        System.out.println( "floatMember = " + floatMember );
        System.out.println( "doubleMember = " + doubleMember );
        System.out.println( "referenceMember = " + referenceMember );
    }
}

一旦使用new關(guān)鍵字實(shí)例化：

inal InitializationWithDefaults initializationWithDefaults = new InitializationWithDefaults();

將會(huì)在控制臺(tái)輸出如下結(jié)果：

booleanMember = false
byteMember = 0
shortMember = 0
intMember = 0
longMember = 0
charMember = 0
floatMember = 0.0
doubleMember = 0.0
referenceMember = null

2.6 可見(jiàn)性（Visibility）

構(gòu)造器受Java可見(jiàn)性規(guī)則約束并且可以擁有訪問(wèn)控制修飾符來(lái)決定是否其他類(lèi)可以調(diào)用特定的構(gòu)造函數(shù)。

2.7 垃圾回收（Garbage collection）

Java（特別是JVM）使用自動(dòng)垃圾回收機(jī)制。簡(jiǎn)而言之，當(dāng)新對(duì)象被創(chuàng)建，JVM就會(huì)自動(dòng)為這些新創(chuàng)建的對(duì)象分配內(nèi)存。于是，當(dāng)這些對(duì)象沒(méi)有任何引用的時(shí)候，他們就會(huì)被銷(xiāo)毀并且他們所占用的內(nèi)存就會(huì)被回收。

Java垃圾回收是分代的，基于這種假設(shè)（分代假設(shè)）大多數(shù)的對(duì)象在很年輕的時(shí)候就已經(jīng)不可達(dá)（在他們被創(chuàng)建之后的很短的時(shí)間內(nèi)就沒(méi)有任何引用并且被安全銷(xiāo)毀）。大多數(shù)開(kāi)發(fā)者曾經(jīng)相信在Java中創(chuàng)建對(duì)象是很慢的并且應(yīng)該盡可能地避免新對(duì)象的實(shí)例化。

實(shí)際上，這并不成立：在Java中創(chuàng)建對(duì)象的開(kāi)銷(xiāo)非常的小并且很快。雖然如此，但是沒(méi)有必要?jiǎng)?chuàng)建生命周期比較長(zhǎng)的對(duì)象，因?yàn)閯?chuàng)建過(guò)多的長(zhǎng)壽命對(duì)象最終可能會(huì)填滿(mǎn)老年代空間從而引發(fā)stop-the-world的垃圾回收，這樣的話開(kāi)銷(xiāo)就會(huì)比較大。

2.8 終結(jié)器（Finalizers）

到目前為止，我們已經(jīng)談到了構(gòu)造函數(shù)和對(duì)象初始化，但實(shí)際上并沒(méi)有提到任何關(guān)于對(duì)象銷(xiāo)毀的內(nèi)容。這是因?yàn)镴ava使用垃圾收集器去管理對(duì)象的生命周期，并且垃圾收集器的責(zé)任就是去銷(xiāo)毀無(wú)用對(duì)象并回收這些對(duì)象占用的內(nèi)存。

然而，在Java中有一個(gè)被稱(chēng)為終結(jié)器（Finalizers）的特殊特性，它有點(diǎn)類(lèi)似于析構(gòu)函數(shù)，但是在執(zhí)行資源清理時(shí)它所解決的是不同的意圖。終結(jié)器（Finalizers）是被考慮用來(lái)解決一些危險(xiǎn)的特征（比如會(huì)導(dǎo)致無(wú)數(shù)的副作用和性能問(wèn)題的問(wèn)題）。

一般來(lái)說(shuō)，他們是沒(méi)有必要的，應(yīng)該避免（除了非常罕見(jiàn)的情況下，主要是有關(guān)本地對(duì)象）。Java 7語(yǔ)言引入了一種名為try-with-resources的更好的替代方法和AutoCloseable接口，它允許像如下的方式這樣干凈的寫(xiě)代碼：

try ( final InputStream in = Files.newInputStream( path ) ) {
    // code here
}

3、靜態(tài)初始化（Static initialization）

到目前為止，，我們已經(jīng)談到了構(gòu)造函數(shù)和對(duì)象初始化。但是Java也支持類(lèi)級(jí)別的初始化構(gòu)造，我們稱(chēng)之為靜態(tài)初始化（Static initialization）。

靜態(tài)初始化（Static initialization）有點(diǎn)類(lèi)似于初始化塊，除了需要添加static關(guān)鍵字之外。注意靜態(tài)初始化在每次類(lèi)加載的時(shí)候它只執(zhí)行一次。比如：

package com.javacodegeeks.advanced.construction;
public class StaticInitializationBlock {
    static {
        // static initialization code here
    }
}

和初始化塊類(lèi)似，在類(lèi)定義時(shí)你可以包含任意數(shù)量的初始化塊，它們會(huì)根據(jù)在類(lèi)代碼中出現(xiàn)的順序依次執(zhí)行，比如：

package com.javacodegeeks.advanced.construction;
public class StaticInitializationBlocks {
    static {
        // static initialization code here
    }
    static {
        // static initialization code here
    }
}

因?yàn)殪o態(tài)初始化（Static initialization）塊可以從多個(gè)并行線程中觸發(fā)（第一次類(lèi)加載發(fā)生），Java運(yùn)行時(shí)保證在線程安全的前提下僅僅被執(zhí)行一次。

4、構(gòu)造模式（Construction Patterns）

過(guò)去這幾年很多易于理解和廣泛應(yīng)用的構(gòu)造模式在Java社區(qū)出現(xiàn)。我們將會(huì)介紹幾個(gè)比較常用的：?jiǎn)卫Ｊ剑╯ingleton）、幫助器（helpers）、工廠模式（factory）、依賴(lài)注入（dependency injection ）——大家熟知的控制反轉(zhuǎn)（inversion of control）。

4.1 單例模式（Singleton）

單例模式是軟件開(kāi)發(fā)者社區(qū)中最老也是最具爭(zhēng)議性的模式之一?；緛?lái)說(shuō)，它的主要思想就是確保在任何時(shí)候類(lèi)僅僅只有一個(gè)實(shí)例被創(chuàng)建。思想就是如此簡(jiǎn)單，然而單例模式引發(fā)了很多關(guān)于如何使之正確的討論，特別是線程安全的討論。下面是單例模式原生版本的例子：

package com.javacodegeeks.advanced.construction.patterns;
public class NaiveSingleton {
    private static NaiveSingleton instance;

    private NaiveSingleton() {
    }

    public static NaiveSingleton getInstance() {
        if( instance == null ) {
            instance = new NaiveSingleton();
        }
        return instance;
    }
}

這段代碼至少有一個(gè)問(wèn)題就是如果多個(gè)線程同時(shí)調(diào)用，那么此類(lèi)就能夠創(chuàng)建多個(gè)實(shí)例。設(shè)計(jì)合適的單例模式的方法之一是使用類(lèi)的 static final屬性。

final property of the class.
package com.javacodegeeks.advanced.construction.patterns;
public class EagerSingleton {
    private static final EagerSingleton instance = new EagerSingleton();

    private EagerSingleton() {
    }

    public static EagerSingleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

如果你不想浪費(fèi)資源并且希望在單例對(duì)象真正需要的時(shí)候才被延遲創(chuàng)建的話，這就要求顯示同步了（explicit synchronization），這就有可能導(dǎo)致多線程環(huán)境中的并發(fā)性降低（關(guān)于并發(fā)的詳細(xì)內(nèi)容我們將會(huì)在后續(xù)的文章中討論）。

package com.javacodegeeks.advanced.construction.patterns;
public class LazySingleton {
private static LazySingleton instance;
    private LazySingleton() {
    }

    public static synchronized LazySingleton getInstance() {
        if( instance == null ) {
            instance = new LazySingleton();
        }
        return instance;
    }
}

如今，在大多數(shù)的案例中單例模式并不被考慮作為一個(gè)很好的選擇，主要是因?yàn)閱卫Ｊ綄?huì)導(dǎo)致代碼很難測(cè)試。依賴(lài)注入模式讓單例模式變得沒(méi)有必要。

4.2 Utility/Helper類(lèi)

utility或者h(yuǎn)elper類(lèi)是被許多開(kāi)發(fā)者所使用的相當(dāng)流行的一種模式?；緛?lái)說(shuō)，它所代表的是無(wú)實(shí)例（ non-instantiable）類(lèi)（構(gòu)造器被定義成private），僅僅可以選擇將方法定義成final（后續(xù)會(huì)介紹如何定義類(lèi)）或者static。比如;

package com.javacodegeeks.advanced.construction.patterns;
public final class HelperClass {
    private HelperClass() {
    }

    public static void helperMethod1() {
        // Method body here
    }

    public static void helperMethod2() {
        // Method body here
    }
}

站在開(kāi)發(fā)者的角度，helpers類(lèi)經(jīng)常所扮演的是一個(gè)容器的角色，這個(gè)容器中放了很多在其他地方找不到但是其他類(lèi)需要相互共享和使用的互相不相關(guān)的方法。這種設(shè)計(jì)決定了在很多情況下要避免使用：總能找到另一種重用所需功能的方式，保持代碼的簡(jiǎn)潔和清晰。

4.3 工廠模式（Factory）

工廠模式被證明是軟件開(kāi)發(fā)人員手中非常有用的技術(shù)。因此，Java有幾種風(fēng)格工廠模式，從工廠方法到抽象工廠。工廠模式最簡(jiǎn)單的例子是返回特定類(lèi)的新實(shí)例的靜態(tài)方法（工廠方法）。例如：

package com.javacodegeeks.advanced.construction.patterns;
public class Book {
    private Book( final String title) {
    }
    public static Book newBook( final String title ) {
        return new Book( title );
    }
}

有人可能會(huì)爭(zhēng)辯說(shuō)，介紹newBook工廠方法并沒(méi)有什么意義，但是使用這種模式通常會(huì)使代碼更具可讀性。工廠模式的另一個(gè)變化涉及接口或抽象類(lèi)（抽象工廠）。例如，讓我們定義一個(gè)工廠接口：

public interface BookFactory {
    Book newBook();
}

依賴(lài)庫(kù)類(lèi)型，完成幾種不同的實(shí)現(xiàn)：

public class Library implements BookFactory {
    @Override
    public Book newBook() {
        return new PaperBook();
    }
}

public class KindleLibrary implements BookFactory {
@Override
    public Book newBook() {
        return new KindleBook();
    }
}

現(xiàn)在，Book的特定類(lèi)被隱藏在BookFactory接口實(shí)現(xiàn)之后，BookFactory仍然提供創(chuàng)建book的通用方式。

4.4 依賴(lài)注入（Dependency Injection）

依賴(lài)注入（一說(shuō)控制反轉(zhuǎn)）被類(lèi)設(shè)計(jì)者認(rèn)為是一個(gè)很好的做法：如果某些類(lèi)的實(shí)例依賴(lài)其他類(lèi)的實(shí)例，被依賴(lài)的實(shí)例應(yīng)該通過(guò)構(gòu)造（比如通過(guò)設(shè)置器——setters，或者策略——strategies模式等）的思想提供給依賴(lài)的實(shí)例，而不是依賴(lài)的實(shí)例自行創(chuàng)建?？匆幌孪旅孢@種情況：

package com.javacodegeeks.advanced.construction.patterns;
import java.text.DateFormat;
import java.util.Date;
public class Dependant {
    private final DateFormat format = DateFormat.getDateInstance();

    public String format( final Date date ) {
        return format.format( date );
    }
}

類(lèi)Dependant需要一個(gè)DateFormat的實(shí)例，并且它僅僅只是在構(gòu)造時(shí)通過(guò)調(diào)用DateFormat.getDateInstance() 創(chuàng)建。最好的設(shè)計(jì)方案應(yīng)該是通過(guò)構(gòu)造器參數(shù)的形式去完成相同的事情。

package com.javacodegeeks.advanced.construction.patterns;
import java.text.DateFormat;
import java.util.Date;
public class Dependant {
    private final DateFormat format;

    public Dependant( final DateFormat format ) {
        this.format = format;
    }


    public String format( final Date date ) {
        return format.format( date );
    }
}

按這種方案實(shí)現(xiàn)的話，類(lèi)的所有依賴(lài)都是通過(guò)外部提供，這樣就很容易的修改date format和為類(lèi)寫(xiě)測(cè)試用例。

在本系列文章的這一部分中，我們一直在研究類(lèi)和類(lèi)的實(shí)例構(gòu)造以及初始化技術(shù)，涵蓋了幾種廣泛使用的模式。在下一部分中，我們將分析Object類(lèi)以及其熟知方法的用法：equals，hashCode，toString和clone。