《Effective Java 中文版 第二版》第二章 第1条:考虑用静态工厂方法代替构造器

本章的主题是创建和销毁对象:何时以及如何创建对象,何时以及如何避免创建对象,如何确保它们能够适时地销毁,以及如何管理对象销毁之前必须进行的各种清理动作。


注意:静态工厂方法与设计模式中的工厂方法模式不同。本条目中所指的静态工厂方法并不直接对应设计模式中的工厂方法。

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类可以通过静态工厂方法来提供它的客户端,而不是通过构造器。这么做有以下几大优势:

  1. 它们有名称。
    当一个类需要多个带有相同签名的构造器时,就用静态工厂方法代替构造器,并且慎重地选择名称以便突出它们之间的区别

  2. 不必每次调用它们的时候都创建一个对象。
    能够为重复的调用返回相同的对象,有助于类总能严格控制在某个时刻哪些实例应该存在。这种类被称作实例受控类(instance-controlled)。编写实例受控类有几个原因:确保它是一个Singleton(见第三条 单例)或者 是不可实例化的(见第4条)。还使得不可变的类(见第15条)可以确保不会存在两个相等的实例,即当且仅当 a==b 的时候才有 a.equals(b) 为 true,可以提升性能【书这里单词错了】

  3. 它们可以返回原返回类型的任何子类型的对象。
    这样我们在选择返回对象的类时就有了更大的灵活性。这种灵活性的一种应用是,API 可以返回对象,同时又不会使对象的类变成公有的。以这种方式隐藏实现类会使API变得非常简介。这项技术适用于基于接口的框架(interface-based-framework,见第18条 ),在这种框架中,接口为静态工厂方法提供了 自然返回类型


自然返回类型(natural return types)

可能有人会对自然返回类型产生疑问,以下是加粗文字的英文原版:

where interfaces provide natural return types for static factory methods.

个人的理解是:此框架静态工厂方法返回的类型都是接口类型,也就是接口类型为静态工厂方法提供了返回类型,这点我会结合下面的 java.util.Collections 源码(JDK 1.8)说明。

在此框架中,接口为静态工厂方法提供了自然返回类型。接口不能有静态方法,按照惯例,接口 Type 的静态工厂方法被放在一个名为Types的不可实例化类(见第4条)中。

书中提了一个 Java Collections Framework 的例子,这里我结合 Collections 的源码,整理一下思路。

首先书中说 Java Collections Framework 的便利实现,几乎都通过静态工厂方法在一个不可实例化的类(java.util.Collections)中导出。所有返回对象的类都是非公有的

java.util.Collections 类

构造器私有,不可实例。

Collections 类中的 unmodifiableMap 方法

返回对象的类为非公有类(静态私有),此框架静态工厂方法返回的类型都是接口类型。

比导出独立公有类的那种实现方式要小得多,这不仅仅是指API上的减少,也是概念上的减少。
用户 知道,被返回的对象是由相关的接口精确指定的,所以它们不需要阅读有关的类文档。使用这种静态工厂方法时,甚至要求 客户端 通过制定接口来引用被返回的对象,而不是通过它的实现类来引用被返回的对象,这是一种良好的习惯(见第52条)【客户与用户的差别在第一章有说明】

公有的静态工厂方法返回的对象类不仅可以是非公有的,还可以随着每次调用时的方法参数不同而变化,只要返回的是已声明返回类型的子类型,都是允许的,为了提升软件的可维护性和性能,返回对象的类也可能随着发行版本的不同而不同。

书中提到的 java.util.EnumSet 类,没有构造器(抽象类),可结合阅读,截图(JDK1.8)如下:


java.util.EnumSet 类

客户端永远不知道也不关心他们从工厂方法种得到的对象的类;只关系它是所需类的某个子类即可。


服务提供者框架

因为篇幅原因,这里以 JDBC 简要说明,详细内容可自行 google 。

此框架由四个组件组成,前三个为重要组件,最后一个为可选组件。

  • 服务接口(Service Interface):提供者(Mysql Oracle)实现的;
  • 提供者注册 API(Provider Registration API):系统用于注册实现,使客户端访问;
  • 服务访问 API(Service access API):客户端用来获取服务实例;
  • 服务提供者接口(Service Provider Interface):提供者负责创建其服务实现的实例;

对照 JDBC

  • 服务接口: Connection
  • 提供者注册API: DriverManager.registerDriver
  • 服务访问API: DriverManager.getConnection
  • 服务提供者接口: Driver

其中,Connection 只是一个接口(规范)各大数据库厂商【提供者】根据此接口编写实现类,让 DriverManager.registerDriver 注册,使得客户端可以使用 DriverManager.getConnection 获得实例,如果有提供服务提供者接口 Driver 则由其创建服务实现的实例,如果没有就按照类名注册,并通过反射实例化。


适配器模式(adapter):

适配器模式的个人理解:实现旧接口,组合所需类,在旧接口的方法中调用所需类的方法。

此模式除了上述3个优点外,还增加了第四个优点

在构建参数化类型实例的时候,它们使代码变得更加简洁

在调用参数化类的构造器时,即使类型参数很明显,也必须指明。这通常要求你链接两次提供类型的参数:

Map< String , List< String > > m =
          new HashMap< String , List< String > >();

而有了静态工厂方法,编译器旧可以替你找到类型参数。这被称为类型推导(type inference)【在泛型章节也有提到】。

public static <K , V> HashMap <K , V> newInstance ( ) {

    return new HashMap<K , V> ( ) ;

}

Map<String , List < String > > m = HashMap.newInstance ( ) ;

总有一天,Java 将能够在构造器调用以及方法调用中执行这种类型推导,但到发行版 1.6 为止暂时还不能这么做【JDK 1.8 也没有】。标准的 Map 实现如 HashMap 并没有工厂方法,但是可以将这些方法放入你自己的工具箱。


静态工厂方法的主要缺点:

  • 类如果不含公有的或者受保护的构造器,就不能被子类化
    鼓励程序员使用复合(composition),而不是继承(见第16条)

  • 它们与其他的静态方法 实际上没有任何区别。
    在 API 文档中,它们没有像构造器那样被明确的标识出来,你可以通过在 类 或者 接口 注释中关注静态工厂,并遵守标准的命名习惯,也可以弥补这一劣势。


静态工厂方法的一些惯用名称:

  • valueOf:不太严格的讲,该方法返回的实例与它的参数具有相同的值。这样的静态工厂方法实际上是类型转换方法。

  • of:valueOf 的一种更为简介的替代,在 EnumSet(见第32条) 中使用并流行起来。

  • getInstance:返回的实例是通过方法的参数来描述的,但是不能够说与参数具有同样是值。对于 Singleton 【单例】来说,该方法没有参数,并返回唯一的实例。

  • newInstance:像 getInstance 一样,但 newInstance 能够确保返回的每个实例都与所有其他不同。

  • getType:像 getInstance 一样,但是在工厂方法处于不同的类中的时候使用。Type 标识工厂方法返回的类型对象【getInteger、getLong】。

  • newType:像 newInstance 一样,但是在工厂方法处于不同的类中的时候使用。Type 标识工厂方法返回的类型对象【newInteger、newLong】。

简而言之,静态工厂方法 和 公有构造器 各有用处,我们需要理解它们各自的长处。静态工厂通常更加合适,因此切记第一反应就是提供公有的构造器,而不先考虑静态工厂。

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