Guava 是个风火轮之基础工具(4)

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Guava 是个风火轮之基础工具(4)

潘家邦 2016-01-19 11:15:28 浏览3328
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前言

Guava 是 Java 开发者的好朋友。虽然我在开发中使用 Guava 很长时间了,Guava API 的身影遍及我写的生产代码的每个角落,但是我用到的功能只是 Guava 的功能集中一个少的可怜的真子集,更别说我一直没有时间认真的去挖掘 Guava 的功能,没有时间去学习 Guava 的实现。直到最近,我开始阅读Getting Started with Google Guava,感觉有必要将我学习和使用 Guava 的一些东西记录下来。

Preconditions

Precondition 是先决条件的意思,也叫前置条件,可以人为是使函数正常执行的参数需要满足的条件。在 Preconditions 这个静态工厂中,Guava 为我们提供了一系列的静态方法,用于帮助我们在函数执行的开始检查参数,函数执行的过程中检查状态等等。

Preconditions.checkArgument(5 < 3);//IllegalArgumentException
Preconditions.checkState(5 < 3);//IllegalStateException
Preconditions.checkNotNull(null);//NullPointerException
Preconditions.checkElementIndex(4, 4);//IndexOutOfBoundsException
Preconditions.checkPositionIndex(5, 4);//IndexOutOfBoundsException

源码分析

源码来自 Guava 18.0。Preconditions 类代码约 440 行,大部分是 JavaDoc 和函数重载,那些真正干活的代码大部分也是先 if 然后 throw 的模式。

public static void checkArgument(boolean expression) {
  if (!expression) {
    throw new IllegalArgumentException();
  }
}

大约在 255 行处有一大段的注释,讲了一个有趣的事情。

大概从 2009 年开始,由于 Hotspot 虚拟机优化器的一个 bug,对于抛异常的代码,直接在初始化异常时传入字符串常量反而导致效率低下,效率远远不如在初始化前调用一个类型是 String 的函数来获取字符串,而且这个性能差距不是 10% 或者 20%,而是可怕的 2 倍到 8 倍。于是我们看到的 JDK 类库的抛异常代码,就从

if (guardExpression) {
   throw new BadException(messageExpression);
}
变成了下面这样。
if (guardExpression) {
   throw new BadException(badMsg(...));
}

Objects

我们在定义一个类的时候,免不了会去覆盖 toString 方法;如果要把这个类的对象放到 HashMap 中,还得去覆盖 hashCode 方法;如果对象之间需要比较大小,那么还得实现 Comparable 接口的 compareTo 方法。

Guava 为我们提供了方便的实现这些方法的工具。虽然优秀的 IDE 比如 IntelliJ IDEA 能够自动帮我们生成 toString 和 hashCode,但是依赖代码生成器始终不是一个科学的开发方式。

需要说明的一点是,Objects 类中用于帮助实现 toString 方法的内部类 ToStringHelper,已经被标记为过时,在 Guava 18.0 中迁移到 MoreObjects 中了,而用于帮助实现 compareTo 的则是 ComparisonChain 类,稍后会解读这个类的用法和代码。

现在的 Objects 中硕果仅存的两个函数,分别是 Objects#equal 和 Objects#hashCode,分别用于判断两个对象是否相等,和生成对象的 hashCode。

Objects.equal(new Object(), new Object());//false
Objects.hashCode("", new Object());//340664367

源码分析

源码来自 Guava 18.0。Objects 类代码约 320 行,刨除过时代码之后,也没剩几行了。

硕果仅存的两个函数,实现比想象中还简单。

public static boolean equal(@Nullable Object a, @Nullable Object b) {
  return a == b || (a != null && a.equals(b));
}

public static int hashCode(@Nullable Object... objects) {
  return Arrays.hashCode(objects);
}
我好奇的跟到 Arrays#hashCode 里面看了看,发现这段计算 hashCode 的代码,和 String 类里面的算法几乎一样,31 据说是一个经验值,反正无论如何必须是个质数。
public static int hashCode(Object a[]) {
    if (a == null)
        return 0;
    int result = 1;
    for (Object element : a)
        result = 31 * result + (element == null ? 0 : element.hashCode());
    return result;
}

MoreObjects

MoreObjects 是从 18.0 版本开始出现的一个新类,从 Objects 中分裂出来的,主要剥离了内部类 ToStringHelper 以及一系列的包装函数。

至于那个顺便一起迁移过来的 MoreObjects#firstNonNull 函数,功能和实现都过分简单,这里就不展开了,有兴趣的可以查看源码

下面是 ToStringHelper 的简单用法,通过调用 ToStringHelper#omitNullValues 来配置 ToStringHelper 使得生成的字符串中不含 null 值。

public class Player {
    private String name = "Underwood";
    private String sex;
    @Override
    public String toString() {
        return MoreObjects.toStringHelper(this).omitNullValues()
                .add("name", name)
                .add("sex", sex)
                .toString();//Player{name=Underwood}
    }
}

源码分析

源码来自 Guava 18.0。MoreObjects 类代码约 390 行,甚至比 Objects 还要多。其中 ToStringHelper 代码约 240 行,这里我们主要看看 ToStringHelper 的实现。

从 ToStringHelper 的属性可以看出,它内部维护着一个链表。

public static final class ToStringHelper {
  private final String className;
  private ValueHolder holderHead = new ValueHolder();
  private ValueHolder holderTail = holderHead;
  private boolean omitNullValues = false;
  //some codes
  private static final class ValueHolder {
    String name;
    Object value;
    ValueHolder next;
  }
}
为了保持插入结点后链表结点顺序和代码调用的顺序一致,ToStringHelper 还额外维护了一个尾指针,在链表尾插入新结点。
private ValueHolder addHolder() {
  ValueHolder valueHolder = new ValueHolder();
  holderTail = holderTail.next = valueHolder;
  return valueHolder;
}
private ToStringHelper addHolder(String name, @Nullable Object value) {
  ValueHolder valueHolder = addHolder();
  valueHolder.value = value;
  valueHolder.name = checkNotNull(name);
  return this;
}
最后的最后,ToStringHelper#toString 就是遍历对象内部维护的链表,拼接字符串了。说道字符串拼接,之前在Guava 是个风火轮之基础工具(1)中,我们看到 Joiner 使用 if 和 while 来实现了比较优雅的分隔符拼接,避免了在末尾插入分隔符的尴尬。在这里,Guava 的作者展示了另一个技巧,用更少的代码实现同样的效果。
@Override public String toString() {
  // create a copy to keep it consistent in case value changes
  boolean omitNullValuesSnapshot = omitNullValues;
  String nextSeparator = "";
  StringBuilder builder = new StringBuilder(32).append(className)
      .append('{');
  for (ValueHolder valueHolder = holderHead.next; valueHolder != null;
      valueHolder = valueHolder.next) {
    if (!omitNullValuesSnapshot || valueHolder.value != null) {
      builder.append(nextSeparator);
      nextSeparator = ", ";
      if (valueHolder.name != null) {
        builder.append(valueHolder.name).append('=');
      }
      builder.append(valueHolder.value);
    }
  }
  return builder.append('}').toString();
}

一开始的时候,先把分隔符置为空字符串,完成分隔符拼接之后,将分隔符置为逗号,这样就实现了从第二个元素开始,每个元素前面拼接分隔符的效果。这样子就不用去判断当前元素是不是第一个元素,代价仅仅是每次循环多出一次冗余的赋值,完全可以忽略不计。

ComparisonChain

ComparisonChain 可以帮助我们优雅地实现具有短回路功能链式比较,然后我们可以借助 ComparisonChain 来实现 compareTo 方法。先看看这个类的用法。

public class Player implements Comparable<Player> {
    private String name = "Underwood";
    private String sex;
    public int compareTo(Player that) {
        return ComparisonChain.start()
                .compare(this.name, that.name)
                .compare(this.sex, that.sex)
                .result();
    }
}

美中不足的是,比较链的参数,基本不能有空指针,不然当场就 NPE 了。虽然我们可以通过自定义比较器去兼容空指针,但是这样一来代码就变得一点都不优雅了。

源码分析

带着对 ComparisonChain 空指针处理不力的不满,我们来看看它的实现,如果可能就动手实现我们需要的特性。

源码来自 Guava 18.0。ComparisonChain 类代码约 220 行,大部分是注释和 ComparisonChain#compare 函数的各种重载。看到 ComparisonChain 是一个抽象类,各种 ComparisonChain#compare 都是虚函数,返回结果的 ComparisonChain#result 也是虚函数,我以为有希望继承它然后做些改造。不过看到代码里那个私有的构造函数之后,我打消了继承它的念头。

ComparisonChain 内部维护着 3 个 ComparisonChain 类型的变量,ACTIVE、LESS、GREATER,容易知道这代表着链式比较的状态,ACTIVE 还需要继续比较,其他两个则是已经知道最终结果了。

LESS 和 GREATER 状态其实是 InactiveComparisonChain 类的对象,这个类内部有一个属性维护比较链的结果,然后各种 compare 函数都是直接返回 this 指针,着就是所谓的短回路了,能够避免调用被比较对象的 compareTo 函数。

private static final class InactiveComparisonChain extends ComparisonChain {
  final int result;
  InactiveComparisonChain(int result) { this.result = result; }
  @Override public ComparisonChain compare(int left, int right) { return this; }
  //other compare functions
  @Override public int result() { return result; }
}

最后,我对 ComparisonChain 稍作改动,增强了它对空指针的容忍,可以通过 ComparisonChain#nullValueLess 来设置 null 字段在比较的时候小于非 null 字段,访问 Gist查看代码片段。

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