Effective Java 在工作中的应用总结

《Effective Java》是一本经典的 Java 学习宝典，值得每位 Java 开发者阅读。笔者将书中和平日工作较密切的知识点做了部分总结。

一 、创建和销毁对象篇

1、若有多个构造器参数时，优先考虑构造器

当类构造包含多个参数时，同学们会选择 JavaBeans 模式。在这种模式下，可以调用一个无参构造器来创建对象，然后调用  setter 方法来设置必要和可选的参数。目前较受欢迎的方法之一如在类上加入 Lombok 提供的@Data注解，来自动生成getter/setter、equals 等方法。但是JavaBeans模式无法将类做成不可变（immutable，详见“使可变形最小化”章节）。这就需要开发者自己掌控值的更新情况，确保线程安全等。

推荐：Builder模式

Builder 模式通过 builder 对象上，调用类似 setter 的方法，设置相关的参数（类似 Proto Buffers）。最后，通过调用 build 方法来生成不可变的对象（immutable object）。使用 Builder 模式的方法之一包括在类上加入 Lombok 提供的 @Builder 注解。

应用：API Request & Response

在微服务架构中，服务的请求（request）和响应（response）往往包含较多参数。在处理请求的过程中，笔者也常常会担心误操作修改了请求的内容。所以，笔者倾向使用Builder模式。

我们可使用Builder模式来构建该类型对象。在构建过程中，若需要引入额外逻辑（e.g. if-else），可先返回Builder对象，最后再调用build方法。

import lombok.Builder;

/** 请求类 */
@Builder
public class SampleRequest {
    private String paramOne;
    private int paramTwo;
    private boolean paramThree;
}

/** 响应类 */
@Builder
public class SampleResponse {
    private boolean success;
}

/** 服务接口 */
public interface SampleFacade {
    Result<SampleResponse> rpcOne(RequestParam<SampleRequest>);
}

/** 调用 */
public void testRpcOne() {
    SampleRequest request =
          SampleRequest.builder().paramOne("one").paramTwo(2).paramThree(true).build();
    Result<SampleResponse> response = sampleFacade.rpcOne(request);
}

2、通过私有构造器强化不可实例化的能力

有些类，例如工具类（utility class），只包含静态字段和静态方法。这些类应尽量确保不被实例化，防止用户误用。

推荐：私有化类构造器

为了防止误导用户，认为该类是专门为了继承而设计的，我们可以将构造器私有化。

public class SampleUtility {

    public static String getXXX() {
        return "test";
    }  

    /** 私有化构造器 */
    private SampleUtility() {}
}

/** 直接调用方法 */
public static void main(String[] args) {
    System.out.println(SampleUtility.getXXX());
}

二 、类和接口篇

1 、最小化类和成员的可访问性

尽可能地使每个类或者成员不被外界访问。

推荐：有的时候，为了测试，我们不得不将某些私有的（private）类、接口或者成员变成包级私有的（package-private）。这里，笔者推荐大家使用 Guava 提供的 @VisiableForTesting 注解，来提示这是为了测试而使可访问级别变为包级私有，放宽了限制。

import com.google.common.annotations.VisibleForTesting;

@VisibleForTesting(otherwise = VisibleForTesting.PRIVATE)
String getXXX() {
    return "test";
}

此外，也有小伙伴推荐 PowerMock 单元测试框架。PowerMock 是 Mockito 的加强版，可以实现完成对private/static/final方法的Mock（模拟）。通过加入 @PrepareForTest 注解来实现。

public class Utility {

    private static boolean isGreaterThan(int a, int b) {
        return a > b;
    }

    private Utility() {}
}

/** 测试类 */
import org.junit.Test;
import org.junit.jupiter.api.Assertions;
import org.junit.runner.RunWith;
import org.powermock.core.classloader.annotations.PrepareForTest;
import org.powermock.modules.junit4.PowerMockRunner;
import org.powermock.reflect.Whitebox;

@RunWith(PowerMockRunner.class)
@PrepareForTest({Utility.class})
public class UtilityTest {

    @Test
    public void test_privateIsGreaterThan_success() throws Exception {
        /** 测试私有的 isGreaterThan 方法 */
        boolean result = Whitebox.invokeMethod(Utility.class, "isGreaterThan", 3, 2);

        Assertions.assertTrue(result);
    }
}

2、 使可变形最小化

不可变类（immutable class）是指类对应的实例被创建后，就无法改变其成员变量值。即实例中包含的所有信息都必须在创建该实例的时候提供，并在对象的生命周期内固定不变。

不可变类一般采用函数（functional）模式，即对应的方法返回一个函数的结果，函数对操作数进行运算但并不修改它。与之相对应的更常见的是过程的（procedure）或者命令式的（imperative）做法。使用这些方法时，将一个过程作用在它们的操作数上，会导致它的状态发生改变。

如在“若有多个构造器参数时，优先考虑构造器”一节中提到，不可变对象比较简单，线程安全，只有一种状态。使用该类的开发者无需再做额外的工作来维护约束关系。另外，可变的对象可以有任意复杂的状态。若 mutator 方法（e.g. update）无详细的描述，开发者需要自行阅读方法内容。笔者经常会花费较多时间弄清楚在某方法内，可变对象的哪些字段被更改，方法结束后会不会影响后续的对象操作。笔者推荐传入不可变对象，基于此用更新的参数创建新的不可变对象返回。虽然会创建更多的对象，但是保证了不可变形，以及更可读性。

推荐：Guava Collection之Immutable类

笔者在日常开发中倾向将 Immutable 类（ImmutableList，ImmutableSet，ImmuableMap）和上文提到的函数模式集合，实现mutator 类方法。

import static com.google.common.collect.ImmutableList.toImmutableList;
import com.google.common.collect.ImmutableList;
import com.google.common.collect.ImmutableMap;

/** 推荐 */
private static final ImmutableMap<String, Integer> SAMPLE_MAP =
    ImmutableMap.of("One", 1, "Two", 2);

/** 推荐：确保原input列表不会变化 */
public ImmutableList<TestObj> updateXXX(ImmutableList<TestObj> input) {
    return input.stream()
            .map(obj -> obj.setXXX(true))
            .collect(toImmutableList());
}

/** 不推荐：改变input的信息 */
public void filterXXX(List<TestObj> input) {
    input.forEach(obj -> obj.setXXX(true));
}

三 、泛型篇

1、列表优先于数组

数组是协变的（covariant），即Sub为Super的子类型，那么数组类型Sub[] 就是Super[] 的子类型；数组是具体化的，在运行时才知道并检查它们的元素类型约束。而泛型是不可变的和可擦除的（即编译时强化它们的类型信息，并在运行时丢弃）。

需要警惕 public static final 数组的出现。很有可能是个安全漏洞！

四、方法篇

1、校验参数的有效性

若传递无效的参数值给方法，这个方法在执行复杂、耗时逻辑之前先对参数进行了校验（validation），便很快就会失败，并且可清楚地抛出适当的异常。若没有校验它的参数，就可能会在后续发生各种奇怪的异常，有时难以排查定位原因。

笔者认为，微服务提供的API request 也应沿用这一思想。即在API 请求被服务处理之前，先进行参数校验。每个request应与对应的request validator 绑定。若参数值无效，则抛出特定的ClientException（e.g. IllegalArgumentException）。

2、谨慎设计方法签名

• 谨慎地选择方法的名称：

• 执行某个动作的方法通常用动词或者动词短语命名：createXXX，updateXXX，removeXXX，convertXXX，generateXXX

• 对于返回boolean值的方法，一般以 is 开头：isValid，isLive，isEnabled

• 避免过长的参数列表：目标是四个参数，或者更少。

• 当参数过多时，笔者会使用Pair，Triple或辅助类（e.g. 静态成员类）

public class SampleListener {

    public ConsumeConcurrentlyStatus consumeMessage(String input) {
          SampleResult result = generateResult(input);
        ...
    } 

    private static SampleResult generateResult(String input) {
        ...
    }

    /** 辅助类 */
    private static class SampleResult {
        private boolean success;
        private List<String> xxxList;
        private int count;
    }
}

3、返回零长度的数组或者集合，而不是null

若一个方法返回 null 而不是零长度的数组或者集合，开发者需要加入 != null 的检查，有时容易忘记出错，报NullpointerException。

说到此，笔者想额外提一下 Optional。网络上有很多关于 Optional 和 null 的使用讨论。Optional 允许调用者继续一系列流畅的方法调用（e.g. stream.getFirst().orElseThrow(() -> new MyFancyException())）。以下为笔者整理的观点。

/** 推荐：提示返回值可能为空。*/
public Optional<Foo> findFoo(String id);

/**
  * 中立：稍显笨重
  * 可考虑 doSomething("bar", null);
  * 或者重载 doSomething("bar"); 和 doSomething("bar", "baz");
  **/
public Foo doSomething(String id, Optional<Bar> barOptional);

/** 
  * 不推荐：违背 Optional 设计的目的。
  * 当 Optional 值缺省时，一般有3种处理方法：1）提供代替的值；2）调用方法提供代替的值；3）抛出异常
  * 这些处理方法可以在字段初始或赋值的时候处理。
   **/
public class Book {
    private List<Pages> pages;
    private Optional<Index> index;
}

/** 
  * 不推荐：违背 Optional 设计的目的。
  * 若为缺省值，可直接不放入列表中。
   **/
List<Optional<Foo>>

五、通用程序设计篇

1、如果需要精确的答案，请避免使用float和double

float 和 double 类型主要用于科学工程计算。它们执行二进制浮点运算，为了在数值范围上提供较为精准的快速近似计算。但是，它们并不能提供完全精确的结果，尤其不适合用于货币计算。float 或者 double 精确地表示0.1 是不可行的。

若需系统来记录十进制小数点，可使用BigDecimal。

2、基本类型优先于装箱基本类型

基本类型（primitive）例如 int、double、long 和 boolean。每个基本类型都有一个对应的引用类型，称作装箱基本类型（boxed primitive），对应为Integer、Double、Long 和 Boolean。如书中提到，它们的区别如下：

/** 推荐 */
public int sum(int a, int b) {
    return a + b;
}

/** 不推荐：不必要的装箱 */
public Integer sum(Integer a, Integer b) {
    return a + b;
}

若无特殊的使用场景，推荐总是使用基本类型。若不得不使用装箱基本类型，注意 == 操作和 NullPointerException 异常。装箱基本类型的使用场景：

• 作为集合中的元素（e.g. Set<Long>）
• 参数化类型（e.g. ThreadLocal<Long>）
• 反射的方法调用

六、异常

1、每个方法抛出的异常都要有文档

始终要单独地声明受检的异常，并且利用Javadoc的@throws标记，准确地记录下抛出每个异常的条件。

在日常工作中，笔者调用其他组的 API 时，有时会发现一些意料之外的异常。良好的文档记录，可以帮助 API 调用者更好得处理相关的异常。文档记录可包括：异常的类型，异常的 error code，和描述。

2、其他

一些公司将 API 产生的异常分成 ClientException 和 ServerException。一般 ClientException (e.g. 无效的服务 request ) 是由调用方非常规调用 API 导致的异常处理，可不在服务端主要的异常监测范围中。而 ServerException（e.g. 数据库查询超时）是由服务端自身原因导致的问题，平时需要着重监测。

七、引用

Bloch, Joshua. 2018. Effective Java, 3rd Edition

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