Java如何創(chuàng)建和銷毀對象

這篇文章主要介紹了Java如何創(chuàng)建和銷毀對象的相關(guān)知識，內(nèi)容詳細(xì)易懂，操作簡單快捷，具有一定借鑒價值，相信大家閱讀完這篇Java如何創(chuàng)建和銷毀對象文章都會有所收獲，下面我們一起來看看吧。

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一、考慮用靜態(tài)工廠方法代替構(gòu)造器：

構(gòu)造器是創(chuàng)建一個對象實例最基本也最通用的方法，大部分開發(fā)者在使用某個class的時候，首先需要考慮的就是如何構(gòu)造和初始化一個對象示例，而構(gòu)造的方式首先考慮到的就是通過構(gòu)造函數(shù)來完成，因此在看javadoc中的文檔時首先關(guān)注的函數(shù)也是構(gòu)造器。然而在有些時候構(gòu)造器并非我們***的選擇，通過反射也是可以輕松達(dá)到的。我們這里主要提到的方式是通過靜態(tài)類工廠的方式來創(chuàng)建class的實例，如：

public static Boolean valueOf(boolean b) {           return b ? Boolean.TRUE : Boolean.FALSE;       }

靜態(tài)工廠方法和構(gòu)造器不同有以下主要優(yōu)勢：

1. 有意義的名稱。

在框架設(shè)計中，針對某些工具類通常會考慮dummy對象或者空對象以辨別該對象是否已經(jīng)被初始化，如我曾在我的C++基礎(chǔ)庫中實現(xiàn)了String類型，見如下代碼：

void showExample() {           String strEmpty = String::empty();           String strEmpty2 = "";           String strData = String::prellocate(1024);           if (strEmpty.isEmpty()) {               //TODO: do something           }       }       static String String::emptyString;       String& String::empty() {           return emptyString;       }               bool String::isEmpty() {           if (this->_internal == &emptyString->_internal)               return true;           //TODO: do other justice to verify whether it is empty.       }

在上面的代碼中，提供了兩個靜態(tài)工廠方法empty和preallocate用于分別創(chuàng)建一個空對象和一個帶有指定分配空間的String對象。從使用方式來看，這些靜態(tài)方法確實提供了有意義的名稱，使用者很容易就可以判斷出它們的作用和應(yīng)用場景，而不必在一組重載的構(gòu)造器中去搜尋每一個構(gòu)造函數(shù)及其參數(shù)列表，以找出適合當(dāng)前場景的構(gòu)造函數(shù)。從效率方面來講，由于提供了***的靜態(tài)空對象，當(dāng)判讀對象實例是否為空時(isEmpty)，直接使用預(yù)制靜態(tài)空對象(emptyString)的地址與當(dāng)前對象進(jìn)行比較，如果是同一地址，即可確認(rèn)當(dāng)前實例為空對象了。對于preallocate函數(shù)，顧名思義，該函數(shù)預(yù)分配了指定大小的內(nèi)存空間，后面在使用該String實例時，不必?fù)?dān)心賦值或追加的字符過多而導(dǎo)致頻繁的realloc等操作。

2. 不必在每次調(diào)用它們的時候創(chuàng)建一個新的對象。

還是基于上面的代碼實例，由于所有的空對象都共享同一個靜態(tài)空對象，這樣也節(jié)省了更多的內(nèi)存開銷，如果是strEmpty2方式構(gòu)造出的空對象，在執(zhí)行比較等操作時會帶來更多的效率開銷。事實上，Java在String對象的實現(xiàn)中，使用了常量資源池也是基于了同樣的優(yōu)化策略。該優(yōu)勢同樣適用于單實例模式。

3. 可以返回原返回類型的任何子類型。

在Java Collections Framework的集合接口中，提供了大量的靜態(tài)方法返回集合接口類型的實現(xiàn)類型，如Collections.subList()、Collections.unmodifiableList()等。返回的接口是明確的，然而針對具體的實現(xiàn)類，函數(shù)的使用者并不也無需知曉。這樣不僅極大的減少了導(dǎo)出類的數(shù)量，而且在今后如果發(fā)現(xiàn)某個子類的實現(xiàn)效率較低或者發(fā)現(xiàn)更好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法來替換當(dāng)前實現(xiàn)子類時，對于集合接口的使用者來說，不會帶來任何的影響。本書在例子中提到EnumSet是通過靜態(tài)工廠方法返回對象實例的，沒有提供任何構(gòu)造函數(shù)，其內(nèi)部在返回實現(xiàn)類時做了一個優(yōu)化，即如果枚舉的數(shù)量小于64，該工廠方法將返回一個經(jīng)過特殊優(yōu)化的實現(xiàn)類實(RegularEnumSet)，其內(nèi)部使用long(64bits在Java中) 中的不同位來表示不同的枚舉值。如果枚舉的數(shù)量大于64，將使用long的數(shù)組作為底層支撐。然而這些內(nèi)部實現(xiàn)類的優(yōu)化對于使用者來說是透明的。

4. 在創(chuàng)建參數(shù)化類型實例的時候，它們使代碼變得更加簡潔。

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

由于Java在構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用中無法進(jìn)行類型的推演，因此也就無法通過構(gòu)造器的參數(shù)類型來實例化指定類型參數(shù)的實例化對象。然而通過靜態(tài)工廠方法則可以利用參數(shù)類型推演的優(yōu)勢，避免了類型參數(shù)在一次聲明中被多次重寫所帶來的煩憂，見如下代碼：

public static <K,V> HashMap<K,V> newInstance() {            return new HashMap<K,V>();        }        Map<String,String> m = MyHashMap.newInstance();

二、遇到多個構(gòu)造參數(shù)時要考慮用構(gòu)建器(Builder模式)：

如果一個class在構(gòu)造初始化的時候存在非常多的參數(shù)，將會導(dǎo)致構(gòu)造函數(shù)或者靜態(tài)工廠函數(shù)帶有大量的、類型相同的函數(shù)參數(shù)，特別是當(dāng)一部分參數(shù)只是可選參數(shù)的時候，class的使用者不得不為這些可選參數(shù)也傳入缺省值，有的時候會發(fā)現(xiàn)使用者傳入的缺省值可能是有意義的，而并非class內(nèi)部實現(xiàn)所認(rèn)可的缺省值，比如某個整型可選參數(shù)，通常使用者會傳入0，然后class內(nèi)部的實現(xiàn)恰恰認(rèn)為0是一種重要的狀態(tài)，而該狀態(tài)并不是該調(diào)用者關(guān)心的，但是該狀態(tài)卻間接導(dǎo)致其他狀態(tài)的改變，因而帶來了一些潛在的狀態(tài)不一致問題。與此同時，過多的函數(shù)參數(shù)也給使用者的學(xué)習(xí)和使用帶來很多不必要的麻煩，我相信任何使用者都希望看到class的接口是簡單易用、函數(shù)功能清晰可見的。在Effective C++中針對接口的設(shè)計有這樣的一句話："接口要完滿而最小化"。針對該類問題通常會考慮的方法是將所有的參數(shù)歸結(jié)到一個JavaBean對象中，實例化這個Bean對象，然后再將實例化的結(jié)果傳給這個class的構(gòu)造函數(shù)，這種方法仍然沒有避免缺省值的問題。該條目推薦了Builder模式來創(chuàng)建這個帶有很多可選參數(shù)的實例對象。

class NutritionFacts {           private final int servingSize;           private final int servings;           private final int calories;           private final int fat;           private final int sodium;           private final int carbohydrate;           public static class Builder {               //對象的必選參數(shù)               private final int servingSize;               private final int servings;               //對象的可選參數(shù)的缺省值初始化               private int calories = 0;               private int fat = 0;               private int carbohydrate = 0;               private int sodium = 0;               //只用少數(shù)的必選參數(shù)作為構(gòu)造器的函數(shù)參數(shù)               public Builder(int servingSize,int servings) {                   this.servingSize = servingSize;                   this.servings = servings;               }               public Builder calories(int val) {                   calories = val;                   return this;               }               public Builder fat(int val) {                   fat = val;                   return this;               }               public Builder carbohydrate(int val) {                   carbohydrate = val;                   return this;               }               public Builder sodium(int val) {                   sodium = val;                   return this;               }               public NutritionFacts build() {                   return new NutritionFacts(this);               }           }           private NutritionFacts(Builder builder) {               servingSize = builder.servingSize;               servings = builder.servings;               calories = builder.calories;               fat = builder.fat;               sodium = builder.sodium;               carbohydrate = builder.carbohydrate;           }       }       //使用方式       public static void main(String[] args) {           NutritionFacts cocaCola = new NutritionFacts.Builder(240, 8).calories(100)               .sodium(35).carbohydrate(27).build();           System.out.println(cocaCola);       }

對于Builder方式，可選參數(shù)的缺省值問題也將不再困擾著所有的使用者。這種方式還帶來了一個間接的好處是，不可變對象的初始化以及參數(shù)合法性的驗證等工作在構(gòu)造函數(shù)中原子性的完成了。

三、用私有構(gòu)造器或者枚舉類型強化Singleton屬性：

對于單實例模式，相信很多開發(fā)者并不陌生，然而如何更好更安全的創(chuàng)建單實例對象還是需要一些推敲和斟酌的，在Java中主要的創(chuàng)建方式有以下三種，我們分別作出解釋和適當(dāng)?shù)谋容^。

1. 將構(gòu)造函數(shù)私有化，直接通過靜態(tài)公有的final域字段獲取單實例對象：

public class Elvis {           public static final Elvis INSTANCE = new Elvis();           private Elivs() { ... }           public void leaveTheBuilding() { ... }       }

這樣的方式主要優(yōu)勢在于簡潔高效，使用者很快就能判定當(dāng)前類為單實例類，在調(diào)用時直接操作Elivs.INSTANCE即可，由于沒有函數(shù)的調(diào)用，因此效率也非常高效。然而事物是具有一定的雙面性的，這種設(shè)計方式在一個方向上走的過于極端了，因此他的缺點也會是非常明顯的。如果今后Elvis的使用代碼被遷移到多線程的應(yīng)用環(huán)境下了，系統(tǒng)希望能夠做到每個線程使用同一個Elvis實例，不同線程之間則使用不同的對象實例。那么這種創(chuàng)建方式將無法實現(xiàn)該需求，因此需要修改接口以及接口的調(diào)用者代碼，這樣就帶來了更高的修改成本。

2. 通過公有域成員的方式返回單實例對象：

public class Elvis {           public static final Elvis INSTANCE = new Elvis();           private Elivs() { ... }           public static Elvis getInstance() { return INSTANCE; }           public void leaveTheBuilding() { ... }       }

這種方法很好的彌補了***種方式的缺陷，如果今后需要適應(yīng)多線程環(huán)境的對象創(chuàng)建邏輯，僅需要修改Elvis的getInstance()方法內(nèi)部即可，對用調(diào)用者而言則是不變的，這樣便極大的縮小了影響的范圍。至于效率問題，現(xiàn)今的JVM針對該種函數(shù)都做了很好的內(nèi)聯(lián)優(yōu)化，因此不會產(chǎn)生因函數(shù)頻繁調(diào)用而帶來的開銷。

3. 使用枚舉的方式(Java SE5)：

public enum Elvis {          INSTANCE;          public void leaveTheBuilding() { ... }      }

就目前而言，這種方法在功能上和公有域方式相近，但是他更加簡潔更加清晰，擴展性更強也更加安全。

我在設(shè)計自己的表達(dá)式解析器時，曾將所有的操作符設(shè)計為enum中不同的枚舉元素，同時提供了帶有參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)，傳入他們的優(yōu)先級、操作符名稱等信息。

四、通過私有構(gòu)造器強化不可實例化的能力：

對于有些工具類如java.lang.Math、java.util.Arrays等，其中只是包含了靜態(tài)方法和靜態(tài)域字段，因此對這樣的class實例化就顯得沒有任何意義了。然而在實際的使用中，如果不加任何特殊的處理，這樣的classes是可以像其他classes一樣被實例化的。這里介紹了一種方式，既將缺省構(gòu)造函數(shù)設(shè)置為private，這樣類的外部將無法實例化該類，與此同時，在這個私有的構(gòu)造函數(shù)的實現(xiàn)中直接拋出異常，從而也避免了類的內(nèi)部方法調(diào)用該構(gòu)造函數(shù)。

public class UtilityClass {           //Suppress default constructor for noninstantiability.           private UtilityClass() {               throw new AssertionError();           }       }

這樣定義之后，該類將不會再被外部實例化了，否則會產(chǎn)生編譯錯誤。然而這樣的定義帶來的最直接的負(fù)面影響是該類將不能再被子類化。

五、避免創(chuàng)建不必要的對象：

試比較以下兩行代碼在被多次反復(fù)執(zhí)行時的效率差異：由于String被實現(xiàn)為不可變對象，JVM底層將其實現(xiàn)為常量池，既所有值等于"stringette" 的String對象實例共享同一對象地址，而且還可以保證，對于所有在同一JVM中運行的代碼，只要他們包含相同的字符串字面常量，該對象就會被重用。

我們繼續(xù)比較下面的例子，并測試他們在運行時的效率差異：

Boolean b = Boolean.valueOf("true");  Boolean b = new Boolean("true");

前者通過靜態(tài)工廠方法保證了每次返回的對象，如果他們都是true或false，那么他們將返回相同的對象。換句話說，valueOf將只會返回Boolean.TRUE或Boolean.FALSE兩個靜態(tài)域字段之一。而后面的Boolean構(gòu)造方式，每次都會構(gòu)造出一個新的Boolean實例對象。這樣在多次調(diào)用后，***種靜態(tài)工廠方法將會避免大量不必要的Boolean對象被創(chuàng)建，從而提高了程序的運行效率，也降低了垃圾回收的負(fù)擔(dān)。

繼續(xù)比較下面的代碼：

public class Person {           private final Date birthDate;           //判斷該嬰兒是否是在生育高峰期出生的。           public boolean isBabyBoomer {               Calender c = Calendar.getInstance(TimeZone.getTimeZone("GMT"));               c.set(1946,Calendar.JANUARY,1,0,0,0);               Date dstart = c.getTime();               c.set(1965,Calendar.JANUARY,1,0,0,0);               Date dend = c.getTime();               return birthDate.compareTo(dstart) >= 0 && birthDate.compareTo(dend) < 0;           }       }              public class Person {           private static final Date BOOM_START;           private static final Date BOOM_END;                      static {               Calender c = Calendar.getInstance(TimeZone.getTimeZone("GMT"));               c.set(1946,Calendar.JANUARY,1,0,0,0);               BOOM_START = c.getTime();               c.set(1965,Calendar.JANUARY,1,0,0,0);               BOOM_END = c.getTime();           }           public boolean isBabyBoomer() {               return birthDate.compareTo(BOOM_START) >= 0 && birthDate.compareTo(BOOM_END) < 0;           }       }

改進(jìn)后的Person類只是在初始化的時候創(chuàng)建Calender、TimeZone和Date實例一次，而不是在每次調(diào)用isBabyBoomer方法時都創(chuàng)建一次他們。如果該方法會被頻繁調(diào)用，效率的提升將會極為顯著。

集合框架中的Map接口提供keySet方法，該方法每次都將返回底層原始Map對象鍵數(shù)據(jù)的視圖，而并不會為該操作創(chuàng)建一個Set對象并填充底層Map所有鍵的對象拷貝。因此當(dāng)多次調(diào)用該方法并返回不同的Set對象實例時，事實上他們底層指向的將是同一段數(shù)據(jù)的引用。

在該條目中還提到了自動裝箱行為給程序運行帶來的性能沖擊，如果可以通過原始類型完成的操作應(yīng)該盡量避免使用裝箱類型以及他們之間的交互使用。見下例：

public static void main(String[] args) {           Long sum = 0L;           for (long i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; ++i) {               sum += i;           }           System.out.println(sum);       }

本例中由于錯把long sum定義成Long sum，其效率降低了近10倍，這其中的主要原因便是該錯誤導(dǎo)致了2的31次方個臨時Long對象被創(chuàng)建了。

六、消除過期的對象引用：

盡管Java不像C/C++那樣需要手工管理內(nèi)存資源，而是通過更為方便、更為智能的垃圾回收機制來幫助開發(fā)者清理過期的資源。即便如此，內(nèi)存泄露問題仍然會發(fā)生在你的程序中，只是和C/C++相比，Java中內(nèi)存泄露更加隱匿，更加難以發(fā)現(xiàn)，見如下代碼：

public class Stack {           private Object[] elements;           private int size = 0;           private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;           public Stack() {               elements = new Object[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];           }           public void push(Object e) {               ensureCapacity();               elements[size++] = e;           }           public Object pop() {               if (size == 0)                    throw new EmptyStackException();               return elements[--size];           }           private void ensureCapacity() {               if (elements.length == size)                   elements = Arrays.copys(elements,2*size+1);           }       }

以上示例代碼，在正常的使用中不會產(chǎn)生任何邏輯問題，然而隨著程序運行時間不斷加長，內(nèi)存泄露造成的副作用將會慢慢的顯現(xiàn)出來，如磁盤頁交換、OutOfMemoryError等。那么內(nèi)存泄露隱藏在程序中的什么地方呢？當(dāng)我們調(diào)用pop方法是，該方法將返回當(dāng)前棧頂?shù)膃lements，同時將該棧的活動區(qū)間(size)減一，然而此時被彈出的Object仍然保持至少兩處引用，一個是返回的對象，另一個則是該返回對象在elements數(shù)組中原有棧頂位置的引用。這樣即便外部對象在使用之后不再引用該Object，那么它仍然不會被垃圾收集器釋放，久而久之導(dǎo)致了更多類似對象的內(nèi)存泄露。修改方式如下：

public Object pop() {           if (size == 0)                throw new EmptyStackException();           Object result = elements[--size];           elements[size] = null; //手工將數(shù)組中的該對象置空           return result;       }

由于現(xiàn)有的Java垃圾收集器已經(jīng)足夠只能和強大，因此沒有必要對所有不在需要的對象執(zhí)行obj = null的顯示置空操作，這樣反而會給程序代碼的閱讀帶來不必要的麻煩，該條目只是推薦在以下3中情形下需要考慮資源手工處理問題：

1) 類是自己管理內(nèi)存，如例子中的Stack類。

2) 使用對象緩存機制時，需要考慮被從緩存中換出的對象，或是長期不會被訪問到的對象。

3) 事件監(jiān)聽器和相關(guān)回調(diào)。用戶經(jīng)常會在需要時顯示的注冊，然而卻經(jīng)常會忘記在不用的時候注銷這些回調(diào)接口實現(xiàn)類。

七、避免使用終結(jié)方法：

任何事情都存在其一定的雙面性或者多面性，對于C++的開發(fā)者，內(nèi)存資源是需要手工分配和釋放的，而對于Java和C#這種資源托管的開發(fā)語言，更多的工作可以交給虛擬機的垃圾回收器來完成，由此C++程序得到了運行效率，卻失去了安全。在Java的實際開發(fā)中，并非所有的資源都是可以被垃圾回收器自動釋放的，如FileInputStream、Graphic2D等class中使用的底層操作系統(tǒng)資源句柄，并不會隨著對象實例被GC回收而被釋放，然而這些資源對于整個操作系統(tǒng)而言，都是非常重要的稀缺資源，更多的資源句柄泄露將會導(dǎo)致整個操作系統(tǒng)及其運行的各種服務(wù)程序的運行效率直線下降。那么如何保證系統(tǒng)資源不會被泄露了？在C++中，由于其資源完全交由開發(fā)者自行管理，因此在決定資源何時釋放的問題上有著很優(yōu)雅的支持，C++中的析構(gòu)函數(shù)可以說是完成這一工作的天然候選者。任何在棧上聲明的C++對象，當(dāng)棧退出或者當(dāng)前對象離開其作用域時，該對象實例的析構(gòu)函數(shù)都會被自動調(diào)用，因此當(dāng)函數(shù)中有任何異常(Exception)發(fā)生時，在棧被銷毀之前，所有棧對象的析構(gòu)函數(shù)均會被自動調(diào)用。然而對于Java的開發(fā)者而言，從語言自身視角來看，Java本身并未提供析構(gòu)函數(shù)這樣的機制，當(dāng)然這也是和其資源被JVM托管有一定關(guān)系的。

在Java中完成這樣的工作主要是依靠try-finally機制來協(xié)助完成的。然而Java中還提供了另外一種被稱為finalizer的機制，使用者僅僅需要重載Object對象提供的finalize方法，這樣當(dāng)JVM的在進(jìn)行垃圾回收時，就可以自動調(diào)用該方法。但是由于對象何時被垃圾收集的不確定性，以及finalizer給GC帶來的性能上的影響，因此并不推薦使用者依靠該方法來達(dá)到關(guān)鍵資源釋放的目的。比如，有數(shù)千個圖形句柄都在等待被終結(jié)和回收，可惜的是執(zhí)行終結(jié)方法的線程優(yōu)先級要低于普通的工作者線程，這樣就會有大量的圖形句柄資源停留在finalizer的隊列中而不能被及時的釋放，最終導(dǎo)致了系統(tǒng)運行效率的下降，甚至還會引發(fā)JVM報出OutOfMemoryError的錯誤。

Java的語言規(guī)范中并沒有保證該方法會被及時的執(zhí)行，甚至都沒有保證一定會被執(zhí)行。即便開發(fā)者在code中手工調(diào)用了System.gc和System.runFinalization這兩個方法，這僅僅是提高了finalizer被執(zhí)行的幾率而已。還有一點需要注意的是，被重載的finalize()方法中如果拋出異常，其棧幀軌跡是不會被打印出來的。在Java中被推薦的資源釋放方法為，提供顯式的具有良好命名的接口方法，如FileInputStream.close()和Graphic2D.dispose()等。然后使用者在finally區(qū)塊中調(diào)用該方法，見如下代碼:

public void test() {           FileInputStream fin = null;           try {               fin = new FileInputStream(filename);               //do something.           } finally {               fin.close();           }       }

那么在實際的開發(fā)中，利用finalizer又能給我們帶來什么樣的幫助呢？見下例：

public class FinalizeTest {           //@Override           protected void finalize() throws Throwable {               try {                   //在調(diào)試過程中通過該方法，打印對象在被收集前的各種狀態(tài)，   //如判斷是否仍有資源未被釋放，或者是否有狀態(tài)不一致的現(xiàn)象存在。   //推薦將該finalize方法設(shè)計成僅在debug狀態(tài)下可用，而在release   //下該方法并不存在，以避免其對運行時效率的影響。                   System.out.println("The current status: " + _myStatus);               } finally {                   //在finally中對超類finalize方法的調(diào)用是必須的，這樣可以保證整個class繼承   //體系中的finalize鏈都被執(zhí)行。                   super.finalize();                }           }       }

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本文題目：Java如何創(chuàng)建和銷毀對象
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