Java關(guān)于延遲加載的一些應(yīng)用實(shí)踐
代碼中的很多操作都是Eager的，比如在發(fā)生方法調(diào)用的時(shí)候，參數(shù)會(huì)立即被求值。總體而言，使用Eager方式讓編碼本身更加簡(jiǎn)單，然而使用Lazy的方式通常而言，即意味著更好的效率。
延遲初始化
一般有幾種延遲初始化的場(chǎng)景：
- 對(duì)于會(huì)消耗較多資源的對(duì)象：這不僅能夠節(jié)省一些資源，同時(shí)也能夠加快對(duì)象的創(chuàng)建速度，從而從整體上提升性能。
- 某些數(shù)據(jù)在啟動(dòng)時(shí)無法獲取：比如一些上下文信息可能在其他攔截器或處理中才能被設(shè)置，導(dǎo)致當(dāng)前bean在加載的時(shí)候可能獲取不到對(duì)應(yīng)的變量的值，使用 延遲初始化可以在真正調(diào)用的時(shí)候去獲取，通過延遲來保證數(shù)據(jù)的有效性。
在Java8中引入的lambda對(duì)于我們實(shí)現(xiàn)延遲操作提供很大的便捷性，如Stream、Supplier等，下面介紹幾個(gè)例子。
Lambda
Supplier
通過調(diào)用get()方法來實(shí)現(xiàn)具體對(duì)象的計(jì)算和生成并返回，而不是在定義Supplier的時(shí)候計(jì)算，從而達(dá)到了_延遲初始化_的目的。但是在使用 中往往需要考慮并發(fā)的問題，即防止多次被實(shí)例化，就像Spring的@Lazy注解一樣。
- public class Holder {
- // 默認(rèn)第一次調(diào)用heavy.get()時(shí)觸發(fā)的同步方法
- private Supplier<Heavy> heavy = () -> createAndCacheHeavy();
- public Holder() {
- System.out.println("Holder created");
- }
- public Heavy getHeavy() {
- // 第一次調(diào)用后heavy已經(jīng)指向了新的instance，所以后續(xù)不再執(zhí)行synchronized
- return heavy.get();
- }
- //...
- private synchronized Heavy createAndCacheHeavy() {
- // 方法內(nèi)定義class，注意和類內(nèi)的嵌套class在加載時(shí)的區(qū)別
- class HeavyFactory implements Supplier<Heavy> {
- // 饑渴初始化
- private final Heavy heavyInstance = new Heavy();
- public Heavy get() {
- // 每次返回固定的值
- return heavyInstance;
- }
- }
- //第一次調(diào)用方法來會(huì)將heavy重定向到新的Supplier實(shí)例
- if(!HeavyFactory.class.isInstance(heavy)) {
- heavy = new HeavyFactory();
- }
- return heavy.get();
- }
- }
當(dāng)Holder的實(shí)例被創(chuàng)建時(shí)，其中的Heavy實(shí)例還沒有被創(chuàng)建。下面我們假設(shè)有三個(gè)線程會(huì)調(diào)用getHeavy方法，其中前兩個(gè)線程會(huì)同時(shí)調(diào)用，而第三個(gè)線程會(huì)在稍晚的時(shí)候調(diào)用。
當(dāng)前兩個(gè)線程調(diào)用該方法的時(shí)候，都會(huì)調(diào)用到createAndCacheHeavy方法，由于這個(gè)方法是同步的。因此第一個(gè)線程進(jìn)入方法體，第二個(gè)線程開始等待。在方法體中會(huì)首先判斷當(dāng)前的heavy是否是HeavyInstance的一個(gè)實(shí)例。
如果不是，就會(huì)將heavy對(duì)象替換成HeavyFactory類型的實(shí)例。顯然，第一個(gè)線程執(zhí)行判斷的時(shí)候，heavy對(duì)象還只是一個(gè)Supplier的實(shí)例，所以heavy會(huì)被替換成為HeavyFactory的實(shí)例，此時(shí)heavy實(shí)例會(huì)被真正的實(shí)例化。
等到第二個(gè)線程進(jìn)入執(zhí)行該方法時(shí)，heavy已經(jīng)是HeavyFactory的一個(gè)實(shí)例了，所以會(huì)立即返回（即heavyInstance）。當(dāng)?shù)谌齻€(gè)線程執(zhí)行g(shù)etHeavy方法時(shí)，由于此時(shí)的heavy對(duì)象已經(jīng)是HeavyFactory的實(shí)例了，因此它會(huì)直接返回需要的實(shí)例（即heavyInstance），和同步方法createAndCacheHeavy沒有任何關(guān)系了。
以上代碼實(shí)際上實(shí)現(xiàn)了一個(gè)輕量級(jí)的虛擬代理模式(Virtual Proxy Pattern)。保證了懶加載在各種環(huán)境下的正確性。
還有一種基于delegate的實(shí)現(xiàn)方式更好理解一些：
https://gist.github.com/taichi/6daf50919ff276aae74f
- import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
- import java.util.concurrent.ConcurrentMap;
- import java.util.function.Supplier;
- public class MemoizeSupplier<T> implements Supplier<T> {
- final Supplier<T> delegate;
- ConcurrentMap<Class<?>, T> map = new ConcurrentHashMap<>(1);
- public MemoizeSupplier(Supplier<T> delegate) {
- this.delegate = delegate;
- }
- @Override
- public T get() {
- // 利用computeIfAbsent方法的特性，保證只會(huì)在key不存在的時(shí)候調(diào)用一次實(shí)例化方法，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)單例
- return this.map.computeIfAbsent(MemoizeSupplier.class,
- k -> this.delegate.get());
- }
- public static <T> Supplier<T> of(Supplier<T> provider) {
- return new MemoizeSupplier<>(provider);
- }
- }
以及一個(gè)更復(fù)雜但功能更多的CloseableSupplier：
- public static class CloseableSupplier<T> implements Supplier<T>, Serializable {
- private static final long serialVersionUID = 0L;
- private final Supplier<T> delegate;
- private final boolean resetAfterClose;
- private volatile transient boolean initialized;
- private transient T value;
- private CloseableSupplier(Supplier<T> delegate, boolean resetAfterClose) {
- this.delegate = delegate;
- this.resetAfterClose = resetAfterClose;
- }
- public T get() {
- // 經(jīng)典Singleton實(shí)現(xiàn)
- if (!(this.initialized)) { // 注意是volatile修飾的，保證happens-before，t一定實(shí)例化完全
- synchronized (this) {
- if (!(this.initialized)) { // Double Lock Check
- T t = this.delegate.get();
- tthis.value = t;
- this.initialized = true;
- return t;
- }
- }
- }
- // 初始化后就直接讀取值，不再同步搶鎖
- return this.value;
- }
- public boolean isInitialized() {
- return initialized;
- }
- public <X extends Throwable> void ifPresent(ThrowableConsumer<T, X> consumer) throws X {
- synchronized (this) {
- if (initialized && this.value != null) {
- consumer.accept(this.value);
- }
- }
- }
- public <U> Optional<U> map(Function<? super T, ? extends U> mapper) {
- checkNotNull(mapper);
- synchronized (this) {
- if (initialized && this.value != null) {
- return ofNullable(mapper.apply(value));
- } else {
- return empty();
- }
- }
- }
- public void tryClose() {
- tryClose(i -> { });
- }
- public <X extends Throwable> void tryClose(ThrowableConsumer<T, X> close) throws X {
- synchronized (this) {
- if (initialized) {
- close.accept(value);
- if (resetAfterClose) {
- this.value = null;
- initialized = false;
- }
- }
- }
- }
- public String toString() {
- if (initialized) {
- return "MoreSuppliers.lazy(" + get() + ")";
- } else {
- return "MoreSuppliers.lazy(" + this.delegate + ")";
- }
- }
- }
Stream
Stream中的各種方法分為兩類：
- 中間方法(limit()/iterate()/filter()/map())
- 結(jié)束方法(collect()/findFirst()/findAny()/count())
前者的調(diào)用并不會(huì)立即執(zhí)行，只有結(jié)束方法被調(diào)用后才會(huì)依次從前往后觸發(fā)整個(gè)調(diào)用鏈條。但是需要注意，對(duì)于集合來說，是每一個(gè)元素依次按照處理鏈條執(zhí)行到尾，而不是每一個(gè)中間方法都將所有能處理的元素全部處理一遍才觸發(fā) 下一個(gè)中間方法。比如：
- List<String> names = Arrays.asList("Brad", "Kate", "Kim", "Jack", "Joe", "Mike");
- final String firstNameWith3Letters = names.stream()
- .filter(name -> length(name) == 3)
- .map(name -> toUpper(name))
- .findFirst()
- .get();
- System.out.println(firstNameWith3Letters);
當(dāng)觸發(fā)findFirst()這一結(jié)束方法的時(shí)候才會(huì)觸發(fā)整個(gè)Stream鏈條，每個(gè)元素依次經(jīng)過filter()->map()->findFirst()后返回。所以filter()先處理第一個(gè)和第二個(gè)后不符合條件，繼續(xù)處理第三個(gè)符合條件，再觸發(fā)map()方法，最后將轉(zhuǎn)換的結(jié)果返回給findFirst()。所以filter()觸發(fā)了_3_次，map()觸發(fā)了_1_次。
好，讓我們來看一個(gè)實(shí)際問題，關(guān)于無限集合。
Stream類型的一個(gè)特點(diǎn)是：它們可以是無限的。這一點(diǎn)和集合類型不一樣，在Java中的集合類型必須是有限的。Stream之所以可以是無限的也是源于Stream「懶」的這一特點(diǎn)。
Stream只會(huì)返回你需要的元素，而不會(huì)一次性地將整個(gè)無限集合返回給你。
Stream接口中有一個(gè)靜態(tài)方法iterate()，這個(gè)方法能夠?yàn)槟銊?chuàng)建一個(gè)無限的Stream對(duì)象。它需要接受兩個(gè)參數(shù)：
public static Stream iterate(final T seed, final UnaryOperator f)
其中，seed表示的是這個(gè)無限序列的起點(diǎn)，而UnaryOperator則表示的是如何根據(jù)前一個(gè)元素來得到下一個(gè)元素，比如序列中的第二個(gè)元素可以這樣決定：f.apply(seed)。
下面是一個(gè)計(jì)算從某個(gè)數(shù)字開始并依次返回后面count個(gè)素?cái)?shù)的例子：
- public class Primes {
- public static boolean isPrime(final int number) {
- return number > 1 &&
- // 依次從2到number的平方根判斷number是否可以整除該值，即divisor
- IntStream.rangeClosed(2, (int) Math.sqrt(number))
- .noneMatch(divisor -> number % divisor == 0);
- }
- private static int primeAfter(final int number) {
- if(isPrime(number + 1)) // 如果當(dāng)前的數(shù)的下一個(gè)數(shù)是素?cái)?shù)，則直接返回該值
- return number + 1;
- else // 否則繼續(xù)從下一個(gè)數(shù)據(jù)的后面繼續(xù)找到第一個(gè)素?cái)?shù)返回，遞歸
- return primeAfter(number + 1);
- }
- public static List<Integer> primes(final int fromNumber, final int count) {
- return Stream.iterate(primeAfter(fromNumber - 1), Primes::primeAfter)
- .limit(count)
- .collect(Collectors.<Integer>toList());
- }
- //...
- }
對(duì)于iterate和limit，它們只是中間操作，得到的對(duì)象仍然是Stream類型。對(duì)于collect方法，它是一個(gè)結(jié)束操作，會(huì)觸發(fā)中間操作來得到需要的結(jié)果。
如果用非Stream的方式需要面臨兩個(gè)問題：
- 一是無法提前知曉fromNumber后count個(gè)素?cái)?shù)的數(shù)值邊界是什么
- 二是無法使用有限的集合來表示計(jì)算范圍，無法計(jì)算超大的數(shù)值
即不知道第一個(gè)素?cái)?shù)的位置在哪兒，需要提前計(jì)算出來第一個(gè)素?cái)?shù)，然后用while來處理count次查找后續(xù)的素?cái)?shù)。可能primes方法的實(shí)現(xiàn)會(huì)拆成兩部分，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。如果用Stream來實(shí)現(xiàn)，流式的處理，無限迭代，指定截止條件，內(nèi)部的一套機(jī)制可以保證實(shí)現(xiàn)和執(zhí)行都很優(yōu)雅。
