Java高效编程（1）：使用静态工厂方法替代构造函数

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在Java编程中，传统上，类允许客户端获取实例的方式是提供一个公共构造函数。然而，还有一种重要的技术，应该成为每个程序员工具箱中的一部分，那就是使用公共的静态工厂方法。静态工厂方法是一个静态方法，返回类的实例。这种方法为我们提供了比构造函数更灵活和可读的创建对象的方式。下面是一个来自 Boolean（布尔值的包装类）的简单示例，展示了如何将布尔基本类型值转换为 Boolean 对象引用：

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

需要强调的是，静态工厂方法与设计模式中的工厂方法模式并不相同。这里描述的静态工厂方法在设计模式中没有直接的等价物。

优点

使用静态工厂方法而非公共构造函数具有多个优点：

1. 命名的灵活性：静态工厂方法可以有名字，这使得其使用更加直观。例如，BigInteger.probablePrime(int certainty) 方法能够清晰表达其功能，而不仅仅是通过构造函数参数的顺序来说明。

2. 返回类型的灵活性：静态工厂方法可以返回其子类的实例。这意味着你可以根据需要返回不同的对象类型。例如，假设你有一个 Shape 类，静态工厂方法可以根据参数返回 Circle 或 Square 对象。

   public static Shape createShape(String type) {
       if ("circle".equalsIgnoreCase(type)) {
           return new Circle();
       } else if ("square".equalsIgnoreCase(type)) {
           return new Square();
       }
       throw new IllegalArgumentException("Unknown shape type");
   }
   

3. 避免构造函数的限制：一个类只能有一个给定签名的构造函数。程序员往往会通过提供两个参数列表仅在参数类型顺序上有所不同的构造函数来绕过这一限制。这是个非常糟糕的主意。使用这种 API 的用户将无法记住哪个构造函数是哪个，最终会错误地调用了错误的构造函数。相反，使用静态工厂方法可以灵活地创建不同类型的对象而不需要这些困扰。

4. 实现缓存：静态工厂方法可以返回相同的实例，而不是每次都创建一个新对象。例如，布尔值 Boolean.valueOf(true) 会返回 Boolean.TRUE，而不是每次都创建一个新的 Boolean 对象。这种行为在性能优化中非常有用，尤其是在对象创建成本较高的情况下。

缺点

然而，使用静态工厂方法也有一些缺点：

1. 不易于识别：由于静态工厂方法不是构造函数，因此它们不如构造函数直观。当看到构造函数时，我们可以直接推测它创建的对象类型，但静态工厂方法的名称需要额外的理解和记忆。

2. 不支持子类化：如果你想通过构造函数来创建一个子类的实例，使用静态工厂方法可能会限制这种能力。静态工厂方法的返回类型是确定的，这可能会影响继承结构的设计。

3. 与常规用法不一致：在某些情况下，其他程序员可能更习惯于使用构造函数。使用静态工厂方法可能会让人感到不一致，尤其是在大型项目中。

代码示例

为了更好地理解静态工厂方法的优缺点，下面是一个更复杂的示例：

public class Fruit {
    private String name;

    private Fruit(String name) {
        this.name = name;
    }

    public static Fruit createApple() {
        return new Fruit("Apple");
    }

    public static Fruit createBanana() {
        return new Fruit("Banana");
    }

    @Override
    public String toString() {
        return name;
    }
}

// 使用静态工厂方法
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Fruit apple = Fruit.createApple();
        Fruit banana = Fruit.createBanana();

        System.out.println(apple); // 输出：Apple
        System.out.println(banana); // 输出：Banana
    }
}

在这个示例中，我们通过静态工厂方法 createApple 和 createBanana 创建了 Fruit 对象。这样做不仅提高了代码的可读性，还让创建对象的意图更加明确。

结论

总的来说，静态工厂方法是一种强大的工具，能够帮助我们更清晰、灵活地创建对象。尽管存在一些缺点，但其优势在许多情况下都使其成为一个值得考虑的选择。选择静态工厂方法还是构造函数，最终取决于具体的上下文和需求。