06.避免创建不必要的对象

前言

《Effective Java》中文第三版，是一本关于Java基础的书，这本书不止一次有人推荐我看。其中包括我很喜欢的博客园博主五月的仓颉，他曾在自己的博文《给Java程序猿们推荐一些值得一看的好书》中也推荐过。加深自己的记忆，同时向优秀的人看齐，决定在看完每一章之后，都写一篇随笔。如果有写的不对的地方、表述的不清楚的地方、或者其他建议，希望您能够留言指正，谢谢。

《Effective Java》中文第三版在线阅读链接：https://github.com/sjsdfg/effective-java-3rd-chinese/tree/master/docs/notes

是什么

不必要的对象，指的是当我们需要一个对象的时候，它的功能与之前创建过的对象时相同的，那么我们可以重用之前的对象，而不是去创建一个新的。如果此时我们仍创建一个新的对象，那么它就是不必要的对象。

'对象是不可变的'，在这样的前提条件下，那它总是可以被重用的。

哪里用

• 正则表达式
• 自动装箱
• 初始化配置

怎么实现

我们针对上方‘哪里用’中指的地方，一一列举实例，首先是正则表达式中的实现，我们先来看看它每次都会创建不必要的对象的情况，代码如下：

/**
 *使用正则表达式来判断字符串中是否包含有罗马数字
 *
 * @Author GongGuoWei
 * @Email GongGuoWei01@yeah.net
 * @Date 2020/1/14
 */
public class RomanNumerals {
    static boolean isRomanNumeral(String s) {
        return s.matches("^(?=.)M*(C[MD]|D?C{0,3})"
                + "(X[CL]|L?X{0,3})(I[XV]|V?I{0,3})$");
    }
}

我们使用String.matches方法，来检查字符串是否与正则表达式匹配，但它不适合在性能临界的情况下重复使用，因为matches的内部为正则表达式创建了一个Pattern实例，并且只使用它一次，它就有资格被进行垃圾收集。创建Pattern实例的代价是昂贵的，因为Patter需要将正则表达式编译成有限状态机。

为了提高性能，我们将它作为类初始化的一部分，将正则表达式显式编译为一个Pattern实例（不可变），缓存它，并在isRomanNumeral 方法的每个调用中重复使用相同的实例，代码如下：

/**
 * @Author GongGuoWei
 * @Email GongGuoWei01@yeah.net
 * @Date 2020/1/14
 */
public class RomanNumerals02 {
    private static final Pattern ROMAN = Pattern.compile(
            "^(?=.)M*(C[MD]|D?C{0,3})"
                    + "(X[CL]|L?X{0,3})(I[XV]|V?I{0,3})$");

    static boolean isRomanNumeral(String s) {
        return ROMAN.matcher(s).matches();
    }
}

如果经常调用，我们上方的改进版本的性能会显著提升。速度提高了6.5倍。性能上不仅有所提升，而且为之前不可见的Pattern实例创建了一个fianl修饰的属性，并允许给它一个名字，这个名字比正则表达式本身更具有可读性。但是，如果包含isRomanNumeral的类被初始化，但是从未被调用，则ROMAN属性没必要初始化。我们可以通过延时初始化属性来排除初始化，但一般不建议这么做。因为延时初始化会导致实现复杂化，而性能也没有衡量的改进空间。

下面我们继续看看，自动装箱时，我们怎么避免。我们都知道，Java允许混用基本类型和包装类型，自动进行装箱和拆箱。但是我们不要模糊的同时使用，例如下面的例子，我们需要计算所有正整数的总和，代码如下：

    private static long sum() {
        Long sum = 0L;
        for (long i = 0; i <= Integer.MAX_VALUE; i++) {
            sum += i;
        }
        return sum;
    }

这段代码运行的结果是正确的，但是我们却写错一个字符，将变量sum的long，写成了Long。这意味着程序大约构造了2的31次方不必要的Long实例。当我们把sum变量类型改为long时，在我的机器上运行时间从5.5秒降低到0.42秒！！！优先使用基本类型而不是装箱的基本类型，也要注意无意识的自动装箱。

下面是初始化配置，我们拿JDBC获取数据库连接对象来举例，代码如下：

/**
 * @Author GongGuoWei
 * @Email GongGuoWei01@yeah.net
 * @Date 2020/1/14
 */
public class demo02 {
    private static final String URL = "";

    private static final String USERNAME = "";

    private static final String PASSWORD = "";

    static Connection getConnection() {
        Connection connection = null;

        try {
             Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");
             connection = DriverManager.getConnection(URL, USERNAME, PASSWORD);
              } catch (ClassNotFoundException e) {
                     e.printStackTrace();
              } catch (SQLException e) {
                     e.printStackTrace();
              }
             return connection;
         }
}

我们在每次获取数据库连接对象时，都会创建一个connection的对象，但是往往数据库的连接配置是不变的，没必要每次都去创建，因为这个对象的构建代价是昂贵的，并且在JVM垃圾回收时，也会增加内存的占用，并损害性能。我们将它作为类初始化的一部分，代码实现如下：

/**
 * @Author GongGuoWei
 * @Email GongGuoWei01@yeah.net
 * @Date 2020/1/15
 */
public class demo03 {
    private static final String URL = "";

    private static final String USERNAME = "";

    private static final String PASSWORD = "";

    private static Connection connection = null;

    static {
        try {
            Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");
            connection = DriverManager.getConnection(URL, USERNAME, PASSWORD);
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static Connection getConnection() {
        return connection;
    }
}

总结

避免反复创建对象，是正确的，但是对象我们需要弄清楚，它创建的代价是不是昂贵的。当创建的代价是廉价的，这个时候我们通过构造方法创建它，是更好的选择，因为创建额外的对象，增强程序的清晰度、简单性、功能性，这是一件好事，尤其在现代JVM具有高度优化，廉价对象的回收，是轻松的。在总结这里，再提一个关键词防御性复制，指的是那些创建代价昂贵的对象，在保证它不可变的情况下，进行重复使用。

重用防御性复制所要求创建的代价，要远远大于一个廉价的对象。如果在不需要防御性复制的情况下重用，那么会导致潜在的错误和安全漏洞；而在需要重用不使用时，会影响程序的性能和风格。