【优雅编程之道】之数组的7点建议

作者: 阿_毅 | 来源:发表于2017-02-20 19:08 被阅读115次

开心一笑

【小明喜欢上一个刚来的女同事，她是医院里的检验师，为了套近乎就经常跑到她科室去倒开水喝，熟了后就发现她随身的小包包里总放着一把小水果刀，于是我问她：你总放把小刀包里干嘛？她答道：下夜班防身啊！虽然刀小，但是我清楚的知道人的大动脉在哪里！我去！这特么以后还敢撩吗？】

提出问题

如何优雅的使用数组???

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解决问题

初始化数组格式选择

程序清单 2-1        

@Test
public void test(){

    //第一种初始化数组格式
   String[] a = new String[5];

    //第二种初始化数组格式
   String b[] = new String[5];

}

通常情况下，大部分的程序员都会选择用第一种初始化数组的格式。但我确实碰到过有少数的开发人员用第二种初始化数组格式。这里我建议使用第一种，主要原因是：大多数人都使用第一种，自然，我们也要少数服从多数。而且从字面意思来看，String[] a　表示:初始化一个字符串(String)数组([]) a，读起来更加顺口。

数组是性能调优的一大法宝

数组和集合，我们都可以简单的理解为篮子。不同的篮子可以装不同的东西。
对于基本类型，建议你使用数组篮子，相对于集合篮子，它效率更高。具体实例如下：

程序清单 2-1    

@Test
public void test(){

    int sum = 0;
    //数组装int基本类型
    int[] baseTypeArray = new int[10000];
    for(int i=0,len = baseTypeArray.length;i < len;i++){
        //不存在自动装箱和拆箱的操作
        sum = sum + baseTypeArray[i];
    }
    //集合装包装类型
    List<Integer> objectTypeList = new ArrayList<>(10000);
    for(int i=0,len = objectTypeList.size();i < len;i++){
        //在这里有自动装箱和拆箱的操作，效率低
        sum = sum + objectTypeList.get(i);
    }
}

四种数组复制方式的性能比较和抉择

数组copy有很多种方法，效率不一。我们先看下面具体实例：

程序清单 2-1    

/**
 * 测试4种数组复制效率比较
 * @author 阿毅
 * @date 2017/2/7.
 */
public class AyTest {

    private static final byte[] buffer = new byte[1024*10];
    static {
        for (int i = 0; i < buffer.length; i++) {
            buffer[i] = (byte) (i & 0xFF);
        }
    }
    private static long startTime;

    public static void main(String[] args) {
        startTime = System.nanoTime();
        byte[] newBuffer = new byte[buffer.length];
        for(int i=0;i<buffer.length;i++) {
            newBuffer[i] = buffer[i];
        }
        calcTime("forCopy");

        startTime = System.nanoTime();
        byte[] newBuffer2 = buffer.clone();
        calcTime("cloneCopy");

        startTime = System.nanoTime();
        byte[] newBuffer3 = Arrays.copyOf(buffer, buffer.length);
        calcTime("arraysCopyOf");

        startTime = System.nanoTime();
        byte[] newBuffer4 = new byte[buffer.length];
        System.arraycopy(buffer, 0, newBuffer, 0, buffer.length);
        calcTime("systemArraycopy");
    }

    private static void calcTime(String type) {
        long endTime = System.nanoTime();
        System.out.println(type + " cost " +(endTime-startTime)+ " nanosecond");
    }
}

运行结果：

forCopy cost 711576 nanosecond
cloneCopy cost 53490 nanosecond
arraysCopyOf cost 119946 nanosecond
systemArraycopy cost 39712 nanosecond

多运行几次，我们得出数组复制效率：

System.arraycopy > clone > Arrays.copyOf > for

综上所述，当复制大量数据时，使用System.arraycopy()命令。

警惕二维数组的拷贝

因为java中没有二维数组的概念，只有数组的数组。所以对数组的数组进行拷贝，无论对clone或者arraycopy，都只是拷贝其中的引用。事实上，还是指向同一个值。具体实例如下:

程序清单 2-1    

@Test
public  void test(){
    
    //一维数组的拷贝
    int[] a = {5,2,0,1,3,1,4};
    int[] b = a.clone();
    b[0]=10;
    System.out.println(a[0] + " copy " + b[0]);
    //打印结果：5 copy 10

    //二维数组的拷贝：{5,2,0} 和 {1,3,1,4}这两个一维数组都有引用指向它们
    int[][] c = {{5,2,0},{1,3,1,4}};
    
    int[][] d = c.clone();
    d[0][0]=10;
    System.out.println(c[0][0] + " coyp " + d[0][0]);
    //打印结果：10 coyp 10

    //二维数组的拷贝：{5,2,0} 和 {1,3,1,4}这两个一维数组都有引用指向它们
    int[][] e = {{5,2,0},{1,3,1,4}};
    int[][] f = {{},{}};
    System.arraycopy(e, 0, f, 0, e.length);
    f[0][0]=10;
    System.out.println(e[0][0] + " coyp " + f[0][0]);
    //打印结果：10 coyp 10
}

从上面的例子可以看出，利用clone和System.arraycopy进行二维数组的拷贝，都是浅拷贝。在真实项目中，我们要警惕使用。

数组的深复制及优雅实现

在上面的警惕二维数组的拷贝中我们已经知道，clone和System.arraycopy都是浅拷贝，下面提供一些深拷贝的优雅方法：

例：

程序清单 2-1    

@Test
public void test(){
    Boy[] boys = new Boy[1];
    Boy boy = new Boy("60","ay",new Girl("30","al"));
    boys[0] = boy;
    //利用org.apache.commons.lang3.SerializationUtils进行深度clone
    Boy[] coypBoys = (Boy[])SerializationUtils.clone(boys);
    //clone是浅clone
    //Boy[] coypBoys = boys.clone();
    coypBoys[0].id = "change_60";
    coypBoys[0].name = "change_ay";
    coypBoys[0].girl.id = "change_girl_30";
    coypBoys[0].girl.name = "change_girl_al";

    for(int i=0,len = boys.length;i<len;i++){
        System.out.println("the origin of id :" + boys[i].id);
        System.out.println("the origin of name :" + boys[i].name);
        System.out.println("the origin of girl id :" + boys[i].girl.id);
        System.out.println("the origin of girl name :" + boys[i].girl.name);
    }

    for(int i=0,len = coypBoys.length;i<len;i++){
        System.out.println("the copy of id :" + coypBoys[i].id);
        System.out.println("the copy of name :" + coypBoys[i].name);
        System.out.println("the copy of girl id :" + coypBoys[i].girl.id);
        System.out.println("the copy of girl name :" + coypBoys[i].girl.name);
    }
}

执行结果：

the origin of id :60
the origin of name :ay
the origin of girl id :30
the origin of girl name :al
the copy of id :change_60
the copy of name :change_ay
the copy of girl id :change_girl_30
the copy of girl name :change_girl_al

上面例子中，我们利用 apache 提供的工具类 SerializationUtils 进行深度clone，避免重复造轮子。有一点需要注意的是，Boy 和 Girl 类都要实现 Serializable 接口。具体如下：

程序清单 2-1    

class Boy implements Serializable{
    public String id;
    public String name;
    public Girl girl;
    Boy(String id,String name,Girl girl){
        this.id = id;
        this.name = name;
        this.girl = girl;
    }
}

class Girl implements Serializable{
    public String id;
    public String name;
    Girl(String id,String name){
        this.id = id;
        this.name = name;
    }
}

我们把 //Boy[] coypBoys = boys.clone();注释打开，运行程序，结果如下：

the origin of id :change_60
the origin of name :change_ay
the origin of girl id :change_girl_30
the origin of girl name :change_girl_al
the copy of id :change_60
the copy of name :change_ay
the copy of girl id :change_girl_30
the copy of girl name :change_girl_al

可以证实，普通的clone只是浅拷贝而已。

一维数组替换二维数组，提高性能

在项目开发中，如果有碰到二维数组，我们要机智的把它转化为一维数组。因为一维数组比较容易理解，而且性能会比二维数组高。

@Test
public void test(){
    int arr[][] = new int[1000][1000];
    long startTime = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("start time is ：" + startTime);
    for(int i=0;i<1000;i++){
        //在for循环中进行方法调用，影响性能
        for(int j=0;j<arr[0].length;j++){
            arr[i][j] = j;
        }
    }
    long endTime = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("consume time is : " + (endTime - startTime));
    // --------------------------------------------------------------
    startTime = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("start time is ：" + startTime);
    //这里是重点
    int len = arr[0].length;
    for(int i=0;i<1000;i++){
        for(int j=0;j<len;j++){
            arr[i][j] = j;
        }
    }
    endTime = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("consume time is : " + (endTime - startTime));
}

运行结果：

start time is ：1487563038580
consume time is : 19
start time is ：1487563038600
consume time is : 9

如果二维数组没办法转化为一维数组，那么我们要极力避免在循环体内进行方法调用，如上面例子中的arr[0].length，每循环一次都会执行一次length方法，执行时长也多出10ms。因此，我们要把arr[0].length抽出来，减少方法执行次数。

考虑用集合，栈和队列来代替数组

我们建议用集合，栈和队列等按顺序存取元素的数据结构来取代数组。在之前，我们提过：对于存放基本类型，优先选择用数组。而对于存放其他类型的数据，我们建议用集合，栈和队列。具体原因如下：在数组里随机访问就像在程序里随机使用goto语句一样，这样的访问很容易变得难以管理且容易出错。要证明其是否正确也困难。

读书感悟

来自山下英子《断舍离》

断绝不需要的东西、舍弃多余的废物、脱离对物品的执念。
断=断绝想要进入自己家的不需要的东西。舍=舍弃家里到处泛滥的破烂儿。离=脱离对物品的执念，处于游刃有余的自在的空间。
断舍离，就是透过整理物品了解自己，整理内心的混沌，让人生舒适的行动技术。换句话说，就是利用收拾家里的杂物来整理内心的废物，让人生转而开心的方法。
要是自己能随便凑合着用一个东西，那别人也会用随便的态度来对待你。
断舍离的主角并不是物品，而是自己，而时间轴永远都是现在。选择物品的窍门，不是“能不能用”，而是“我要不要用”，这一点必须铭刻在心。
不管东西有多贵，有多稀有，能够按照自己是否需要来判断的人才够强大。能够放开执念，人才能更有自信。
这就是让物品当了主角的状态……物品原本是因为“我用”才有价值。可多数人都说“眼镜可以用”，“筷子可以用”，拿物品当了主语。这是把主角的位子拱手让给了物品，把焦点聚集在物品上的状态……收纳这些东西，不过是在做垃圾分类。

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【甲向乙诉苦：“上星期，一粒沙子钻进了我妻子的眼睛，花50元请医生才把它清理出来。”乙不屑地说：“那算得了什么，上星期，一件皮大衣入了我妻子的眼，我花费了3000元。”

永远不要以为自己的境遇是最值得说的，你的听众会认为他的境遇更值得说，因为人是以自我为中心的动物。】

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