Effective Java - Item 1: Consider static factory methods instead of constructors

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考虑使用静态工厂方法来替代构造方法, 这样的做的好处有四点.

1. 更好的表意

有的构造方法实际上有特殊的含义, 使用静态工厂方法能更好的表达出他的意思. 例如 BigInteger(int, int, Random) , 它返回一个可能是素数的 BigInteger. 使用工厂方法 BigInteger.probablePrime 可以更好的表达出他的意思

2. 无需每次创建新对象

在某些场景下, 我们无需每次都创建新的对象, 这样就可以使用静态工厂方法替代构造方法, 例如 Boolean.valueOf(boolean) , 这样可以提高性能. 另一方面, 使用这种方式可以做 实例控制 (instance-controlled). 我们可以将类的实例控制在只有唯一一个, 这样在判断相等时可以使用 ‘==‘ 而不是 equals 方法, 以提升性能. Enum 类型就是这样的.

3. 可以放回任意本类的子类型

构造方法是 void 方法, 他不能有返回值. 而静态工厂方法则可以用来返回任意本类的子类型.

一个灵活的程序 API 可以放回非 public 类对象, 通过隐藏这些类对象的实现来实现 基于接口的框架 (interface-based frameworks). 接口实现对象由静态工厂方法返回. 由于接口不能有静态方法, 所以一般来说 Type 接口的实际返回类是一个名为 Types 的工具类的静态方法提供的.

例如, Java 的 Collections 框架就是这样, 它内部的便捷方法都是静态工厂方法, 并且都放回了非 public 类的实例, 而客户端无需知道他的具体实现细节, 只需要关注返回的类型接口. 例如

public static final Set EMPTY_SET = new EmptySet<>();

public static final <T> Set<T> emptySet() {
    return (Set<T>) EMPTY_SET;
}

其中 EmptySet 就是一个 private static class.

此外, 静态工厂方法还可以返回方法声明中返回类型的任意子类型. 例如 EnumSet 的实现, 它的构造方法是 default 作用域, 但是它有一个静态方法 noneOf(), 这个方法会根据底层 enum 的大小来决定返回的 EnumSet 类型.

    public static <E extends Enum<E>> EnumSet<E> noneOf(Class<E> elementType) {
        Enum[] universe = getUniverse(elementType);
        if (universe == null)
            throw new ClassCastException(elementType + " not an enum");

        if (universe.length <= 64)
            return new RegularEnumSet<>(elementType, universe);
        else
            return new JumboEnumSet<>(elementType, universe);
    }

这样做的好处是实现对客户端隐藏, 客户端只需要关注返回的是类型是 EnumSet. 如果以后发现 RegularEnumSet 在少元素的情况下没有性能优势了, 我们可以在静态方法中把它去掉. 亦或者在静态方法中加入其他 EnumSet 的子类型.

Service provider framework

此外, 静态工厂方法可以用来实现 service provider framework, 例如 JDBC 就是这种. Service provider framework 系统由多个 service provider 实现一个 service, 并且只有系统的 service 接口对用户可见, 将 service 的实现和使用与用户解耦.

Service provider framework 的必要组件有:

• Service 接口, 用于提供服务
• Provider 接口, 用于实现 Service
• Provider registration API, 用于系统注册 provider
• Service access API, 用于客户端获取 service 实例

一般来说 Service access API 不需要强制客户端指定 provider, 如果未指定 provider, 他可以使用缺省的 provider. Service access API 就是 service provider framework 典型的 "flexible static factory".

在 JDBC 中, Connection 充当 Service 接口; Driver 充当 Provider 接口; DriverManager.registerDriver 充当 Provider Registration API; DriverManager.getConnection 充当 Service Access API.

模板代码如下

// Service provider framework sketch

// Service interface
public interface Service {
   ... // Service-specific methods go here
}

// Service provider interface
public interface Provider {
   Service newService();
}

   // Noninstantiable class for service registration and access
   public class Services {
       private Services() { }  // Prevents instantiation (Item 4)
       // Maps service names to services
       private static final Map<String, Provider> providers =
           new ConcurrentHashMap<String, Provider>();
       public static final String DEFAULT_PROVIDER_NAME = "<def>";
       // Provider registration API
       public static void registerDefaultProvider(Provider p) {
           registerProvider(DEFAULT_PROVIDER_NAME, p);
       }

       public static void registerProvider(String name, Provider p){
           providers.put(name, p);
       }
       // Service access API
       public static Service newInstance() {
           return newInstance(DEFAULT_PROVIDER_NAME);
       }
       public static Service newInstance(String name) {
           Provider p = providers.get(name);
           if (p == null)
               throw new IllegalArgumentException(
                   "No provider registered with name: " + name);
           return p.newService();
       }
   }

4. 减少了泛型类构造方法的冗长程度

泛型类的构造方法看起来总是很冗长, 例如:

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

使用静态工厂方法, 则可以减少这些代码

 public static <K, V> HashMap<K, V> newInstance() {
       return new HashMap<K, V>();
}

在构造时可以变成这样

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

相对的, 使用静态工厂方法也有坏处

1. 使用静态工厂方法生成的非 public protected 类无法被继承

例如在 Collections Framework 中的那些 private 类, 都无法被继承.

2. 静态工厂方法无法和其他静态方法区分开来

对于一个构造方法是私有的, 而只能通过静态工厂方法来获取实例的类, 我们无法将这个构造的静态工厂方法与其他静态类区分开来, 所以只能够 Javadoc 的注释来标记他们.

最后, 是一些常用的静态工厂方法名

• valueOf - 返回更参数值相同的类实例
• of - valueOf 的简写
• getInstance - 返回一个实例, 如果不存在则创建之
• newInstance - 类似于 getInstance, 只是每次都创建一个新实例
• getType - 类似于 getInstance, 只是返回的实例类型由参数 Type 指定 
• newType - 类似于 newInstance, 只是返回的实例类型由参数 Type 指定 

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