1. 概述
在这个教程中，我们将讨论如何在Java中实现无状态对象。无状态对象是不包含实例字段的类的实例。
在Java中，我们所有的代码都必须放在一个类中。编写算法时，我们可能只需要在一个类中提供静态方法来实现这一点。
然而，有时我们希望将我们的算法绑定到一个无状态的对象上。
2. 关于状态的对象概述
当我们想到Java中的对象时，通常会想到那些包含在字段中的状态，以及根据这些状态操作的方法来提供行为的对象。
除此之外，我们还可以创建具有不可修改字段的对象。这些对象的状态在创建时定义，然后是不可变的，因为它们的状态不会改变。在并发操作中，不可变对象受益于与无状态对象相同的优点。
最后，我们有既没有字段，或者只有编译时常量字段的对象。这些对象是无状态的。
让我们来看看为什么我们可能希望使用无状态对象。
3. 使用无状态对象
以一个没有状态的排序算法为例，比如我们选择冒泡排序：
public void sort(int[] array) {
int n = array.length;
for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
for (int j = 0; j array[j + 1]) {
int swap = array[j];
array[j] = array[j + 1];
array[j + 1] = swap;
}
}
}
}
3.1. 多个无状态排序实现
现在我们想添加使用其他排序算法的可能性，例如快速排序，它也是无状态的：
public void sort(int[] array) {
quickSort(array, 0, array.length - 1);
}
private void quickSort(int[] array, int begin, int end) {
if (begin < end) {
int pi = partition(array, begin, end);
quickSort(array, begin, pi - 1);
quickSort(array, pi + 1, end);
}
}
private int partition(int[] array, int low, int high) {
int pivot = array[high];
int i = low - 1;
for (int j = low; j < high; j++) {
if (array[j] < pivot) {
i++;
int swap = array[i];
array[i] = array[j];
array[j] = swap;
}
}
int swap = array[i + 1];
array[i + 1] = array[high];
array[high] = swap;
return i + 1;
}
3.2. 选择实现之间的切换
假设我们决定在运行时决定使用哪个算法。
我们需要一种在运行时选择正确排序算法的方式。为此，我们使用的一种设计模式称为策略设计模式。
为了在我们的例子中实现策略模式，我们将创建一个名为SortingStrategy的接口，其中包含sort()方法的签名：
public interface SortingStrategy {
public void sort(int[] array);
}
现在我们可以将每个排序策略实现为实现此接口的无状态对象。这样，我们可以在任何时候切换到喜欢的实现，而消费代码则使用传递给它的任何排序对象：
public class BubbleSort implements SortingStrategy {
@Override
public void sort(int[] array) {
// Bubblesort implementation
}
}
public class QuickSort implements SortingStrategy {
@Override
public void sort(int[] array) {
// Quicksort implementation
}
// Other helpful methods
}
这里，我们的类不包含字段，因此没有状态。但是，由于存在对象，它可以满足我们为所有排序算法定义的通用接口——SortingStrategy。
3.3. 单例无状态实现
我们希望为用户提供所选排序策略的方法。由于类是无状态的，我们不需要从它们中获取多个实例。因此，我们可以使用单例设计模式来实现这一点。
对于策略实例，我们可以使用Java的枚举来实现这个模式。让我们将class类型更改为enum，并添加一个常量INSTANCE。这个常量实际上是一个特定排序算法的单例无状态实例。由于枚举可以实现Java接口，这是一种提供策略对象单例的整洁方式：
public enum BubbleSort implements SortingStrategy {
INSTANCE;
@Override
public void sort(int[] array) {
// Bubblesort implementation
}
}
public enum QuickSort implements SortingStrategy {
INSTANCE;
@Override
public void sort(int[] array) {
// Quicksort implementation
}
// Other helpful methods
}
3.4. 测试排序策略
最后，我们编写测试以确保两个排序策略都能正常工作，并且易于维护：
@Test
void givenArray_whenBubbleSorting_thenSorted() {
int[] arrayToSort = {17, 6, 11, 41, 5, 3, 4, -9};
int[] sortedArray = {-9, 3, 4, 5, 6, 11, 17, 41};
SortingStrategy sortingStrategy = BubbleSort.INSTANCE;
sortingStrategy.sort(arrayToSort);
assertArrayEquals(sortedArray, arrayToSort);
}
@Test
void givenArray_whenQuickSortSorting_thenSorted() {
int[] arrayToSort = {17, 6, 11, 41, 5, 3, 4, -9};
int[] sortedArray = {-9, 3, 4, 5, 6, 11, 17, 41};
SortingStrategy sortingStrategy = QuickSort.INSTANCE;
sortingStrategy.sort(arrayToSort);
assertArrayEquals(sortedArray, arrayToSort);
}
4. 总结
在这篇文章中，我们探讨了Java中的无状态对象。
我们了解到无状态对象对于无需状态的算法很有用，还了解了如何实现策略模式。
如往常一样，代码示例可以在GitHub上找到。