Java函数习惯用法详解

在Java编程中，有些知识并不能仅通过语言规范或者标准API文档就能学到的。在本文中，我会尽量收集一些最常用的习惯用法，特别是很难猜到的用法。

我把本文的所有代码都放在公共场所里。你可以根据自己的喜好去复制和修改任意的代码片段，不需要任何的凭证。

实现equals()

class Person {
 String name;
 int birthYear;
 byte[] raw;
 public boolean equals(Object obj) {
  if (!obj instanceof Person)
   return false;
 
  Person other = (Person)obj;
  return name.equals(other.name)
    && birthYear == other.birthYear
    && Arrays.equals(raw, other.raw);
 }
 public int hashCode() { ... }
}

参数必须是Object类型，不能是外围类。

foo.equals(null) 必须返回false，不能抛NullPointerException。（注意，null instanceof 任意类总是返回false，因此上面的代码可以运行。）

基本类型域（比如，int）的比较使用 == ，基本类型数组域的比较使用Arrays.equals()。

覆盖equals()时，记得要相应地覆盖 hashCode()，与 equals() 保持一致。

参考： java.lang.Object.equals(Object)。

实现hashCode()

class Person {
 String a;
 Object b;
 byte c;
 int[] d;
 public int hashCode() {
  return a.hashCode() + b.hashCode() + c + Arrays.hashCode(d);
 }
 public boolean equals(Object o) { ... }
}

当x和y两个对象具有x.equals(y) == true ，你必须要确保x.hashCode() == y.hashCode()。

根据逆反命题，如果x.hashCode() != y.hashCode()，那么x.equals(y) == false 必定成立。

你不需要保证，当x.equals(y) == false时，x.hashCode() != y.hashCode()。但是，如果你可以尽可能地使它成立的话，这会提高哈希表的性能。

hashCode()最简单的合法实现就是简单地return 0；虽然这个实现是正确的，但是这会导致HashMap这些数据结构运行得很慢。

实现compareTo()

class Person implements Comparable<Person> {
 String firstName;
 String lastName;
 int birthdate;
 // Compare by firstName, break ties by lastName, finally break ties by birthdate
 public int compareTo(Person other) {
  if (firstName.compareTo(other.firstName) != 0)
   return firstName.compareTo(other.firstName);
  else if (lastName.compareTo(other.lastName) != 0)
   return lastName.compareTo(other.lastName);
  else if (birthdate < other.birthdate)
   return -1;
  else if (birthdate > other.birthdate)
   return 1;
  else
   return 0;
 }
}

总是实现泛型版本 Comparable 而不是实现原始类型 Comparable 。因为这样可以节省代码量和减少不必要的麻烦。

只关心返回结果的正负号（负/零/正），它们的大小不重要。

Comparator.compare()的实现与这个类似。

实现clone()

class Values implements Cloneable {
 String abc;
 double foo;
 int[] bars;
 Date hired;
 
 public Values clone() {
  try {
   Values result = (Values)super.clone();
   result.bars = result.bars.clone();
   result.hired = result.hired.clone();
   return result;
  } catch (CloneNotSupportedException e) { // Impossible
   throw new AssertionError(e);
  }
 }
}

使用 super.clone() 让Object类负责创建新的对象。

基本类型域都已经被正确地复制了。同样，我们不需要去克隆String和BigInteger等不可变类型。

手动对所有的非基本类型域（对象和数组）进行深度复制（deep copy）。

实现了Cloneable的类，clone()方法永远不要抛CloneNotSupportedException。因此，需要捕获这个异常并忽略它，或者使用不受检异常（unchecked exception）包装它。

不使用Object.clone()方法而是手动地实现clone()方法是可以的也是合法的。

使用StringBuilder或StringBuffer

// join(["a", "b", "c"]) -> "a and b and c"
String join(List<String> strs) {
 StringBuilder sb = new StringBuilder();
 boolean first = true;
 for (String s : strs) {
  if (first) first = false;
  else sb.append(" and ");
  sb.append(s);
 }
 return sb.toString();
}

不要像这样使用重复的字符串连接：s += item ，因为它的时间效率是O(n^2)。

使用StringBuilder或者StringBuffer时，可以使用append()方法添加文本和使用toString()方法去获取连接起来的整个文本。

优先使用StringBuilder，因为它更快。StringBuffer的所有方法都是同步的，而你通常不需要同步的方法。

生成一个范围内的随机整数

Random rand = new Random();
// Between 1 and 6, inclusive
int diceRoll() {
 return rand.nextInt(6) + 1;
}

总是使用Java API方法去生成一个整数范围内的随机数。

不要试图去使用 Math.abs(rand.nextInt()) % n 这些不确定的用法，因为它的结果是有偏差的。此外，它的结果值有可能是负数，比如当rand.nextInt() == Integer.MIN_VALUE时就会如此。

使用Iterator.remove()

void filter(List<String> list) {
 for (Iterator<String> iter = list.iterator(); iter.hasNext(); ) {
  String item = iter.next();
  if (...)
   iter.remove();
 }
}

remove()方法作用在next()方法最近返回的条目上。每个条目只能使用一次remove()方法。

返转字符串

String reverse(String s) {
 return new StringBuilder(s).reverse().toString();
}

这个方法可能应该加入Java标准库。

启动一条线程

下面的三个例子使用了不同的方式完成了同样的事情。

实现Runnnable的方式：

void startAThread0() {
 new Thread(new MyRunnable()).start();
}
class MyRunnable implements Runnable {
 public void run() {
  ...
 }
}

继承Thread的方式：

void startAThread1() {
 new MyThread().start();
}
 class MyThread extends Thread {
 public void run() {
  ...
 }
}

匿名继承Thread的方式：

void startAThread2() {
 new Thread() {
  public void run() {
   ...
  }
 }.start();
}

不要直接调用run()方法。总是调用Thread.start()方法，这个方法会创建一条新的线程并使新建的线程调用run()。

使用try-finally

I/O流例子：

void writeStuff() throws IOException {
 OutputStream out = new FileOutputStream(...);
 try {
  out.write(...);
 } finally {
  out.close();
 }
}

锁例子：

void doWithLock(Lock lock) {
 lock.acquire();
 try {
  ...
 } finally {
  lock.release();
 }
}

如果try之前的语句运行失败并且抛出异常，那么finally语句块就不会执行。但无论怎样，在这个例子里不用担心资源的释放。

如果try语句块里面的语句抛出异常，那么程序的运行就会跳到finally语句块里执行尽可能多的语句，然后跳出这个方法（除非这个方法还有另一个外围的finally语句块）。

从输入流里读取字节数据

InputStream in = (...);
try {
 while (true) {
  int b = in.read();
  if (b == -1)
   break;
  (... process b ...)
 }
} finally {
 in.close();
}

read()方法要么返回下一次从流里读取的字节数（0到255，包括0和255），要么在达到流的末端时返回-1。

从输入流里读取块数据

InputStream in = (...);
try {
 byte[] buf = new byte[100];
 while (true) {
  int n = in.read(buf);
  if (n == -1)
   break;
  (... process buf with offset=0 and length=n ...)
 }
} finally {
 in.close();
}

要记住的是，read()方法不一定会填满整个buf，所以你必须在处理逻辑中考虑返回的长度。

从文件里读取文本

BufferedReader in = new BufferedReader(
  new InputStreamReader(new FileInputStream(...), "UTF-8"));
try {
 while (true) {
  String line = in.readLine();
  if (line == null)
   break;
  (... process line ...)
 }
} finally {
 in.close();
}

BufferedReader对象的创建显得很冗长。这是因为Java把字节和字符当成两个不同的概念来看待（这与C语言不同）。

你可以使用任何类型的InputStream来代替FileInputStream，比如socket。

当达到流的末端时，BufferedReader.readLine()会返回null。

要一次读取一个字符，使用Reader.read()方法。

你可以使用其他的字符编码而不使用UTF-8，但最好不要这样做。

向文件里写文本

PrintWriter out = new PrintWriter(
  new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(...), "UTF-8"));
try {
 out.print("Hello ");
 out.print(42);
 out.println(" world!");
} finally {
 out.close();
}

Printwriter对象的创建显得很冗长。这是因为Java把字节和字符当成两个不同的概念来看待（这与C语言不同）。

就像System.out，你可以使用print()和println()打印多种类型的值。

你可以使用其他的字符编码而不使用UTF-8，但最好不要这样做。

预防性检测（Defensive checking）数值

int factorial(int n) {
 if (n < 0)
  throw new IllegalArgumentException("Undefined");
 else if (n >= 13)
  throw new ArithmeticException("Result overflow");
 else if (n == 0)
  return 1;
 else
  return n * factorial(n - 1);
}

不要认为输入的数值都是正数、足够小的数等等。要显式地检测这些条件。

一个设计良好的函数应该对所有可能性的输入值都能够正确地执行。要确保所有的情况都考虑到了并且不会产生错误的输出（比如溢出）。

预防性检测对象

int findIndex(List<String> list, String target) {
 if (list == null || target == null)
  throw new NullPointerException();
 ...
}

不要认为对象参数不会为空（null）。要显式地检测这个条件。

预防性检测数组索引

void frob(byte[] b, int index) {
 if (b == null)
  throw new NullPointerException();
 if (index < 0 || index >= b.length)
  throw new IndexOutOfBoundsException();
 ...
}

不要认为所以给的数组索引不会越界。要显式地检测它。

预防性检测数组区间

void frob(byte[] b, int off, int len) {
 if (b == null)
  throw new NullPointerException();
 if (off < 0 || off > b.length
  || len < 0 || b.length - off < len)
  throw new IndexOutOfBoundsException();
 ...
}

不要认为所给的数组区间（比如，从off开始，读取len个元素）是不会越界。要显式地检测它。

填充数组元素

使用循环：

// Fill each element of array 'a' with 123
byte[] a = (...);
for (int i = 0; i < a.length; i++)
 a[i] = 123;

（优先）使用标准库的方法：

Arrays.fill(a, (byte)123);

复制一个范围内的数组元素

使用循环：

// Copy 8 elements from array 'a' starting at offset 3
// to array 'b' starting at offset 6,
// assuming 'a' and 'b' are distinct arrays
byte[] a = (...);
byte[] b = (...);
for (int i = 0; i < 8; i++)
 b[6 + i] = a[3 + i];

（优先）使用标准库的方法：

System.arraycopy(a, 3, b, 6, 8);

调整数组大小

使用循环（扩大规模）：

// Make array 'a' larger to newLen
byte[] a = (...);
byte[] b = new byte[newLen];
for (int i = 0; i < a.length; i++) // Goes up to length of A
 b[i] = a[i];
a = b;

使用循环（减小规模）：

// Make array 'a' smaller to newLen
byte[] a = (...);
byte[] b = new byte[newLen];
for (int i = 0; i < b.length; i++) // Goes up to length of B
 b[i] = a[i];
a = b;

（优先）使用标准库的方法：

a = Arrays.copyOf(a, newLen);

把4个字节包装（packing）成一个int

int packBigEndian(byte[] b) {
 return (b[0] & 0xFF) << 24
    | (b[1] & 0xFF) << 16
    | (b[2] & 0xFF) << 8
    | (b[3] & 0xFF) << 0;
}
 
int packLittleEndian(byte[] b) {
 return (b[0] & 0xFF) << 0
    | (b[1] & 0xFF) << 8
    | (b[2] & 0xFF) << 16
    | (b[3] & 0xFF) << 24;
}

把int分解（Unpacking）成4个字节

byte[] unpackBigEndian(int x) {
 return new byte[] {
  (byte)(x >>> 24),
  (byte)(x >>> 16),
  (byte)(x >>> 8),
  (byte)(x >>> 0)
 };
}
 
byte[] unpackLittleEndian(int x) {
 return new byte[] {
  (byte)(x >>> 0),
  (byte)(x >>> 8),
  (byte)(x >>> 16),
  (byte)(x >>> 24)
 };
}

总是使用无符号右移操作符（>>>）对位进行包装（packing），不要使用算术右移操作符（>>）。