1. 概述
在本教程中，我们将讨论如何在Java中实现无状态对象，无状态对象是没有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。在编写算法时，我们可能只需要在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无状态对象。
2. 对象状态概述
当我们考虑Java中的对象时，我们通常会考虑在字段中包含状态的对象，以及对该状态进行操作以提供行为的方法。
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就已定义，并且由于其状态不会改变，因此是不可变的。在并发操作中，不可变对象具有与无状态对象相同的优势。
最后，我们有一些对象，它们要么完全没有字段，要么只有编译时常量字段，这些对象是无状态的。
让我们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
为了便于示例说明，我们采用一种没有状态的排序算法，我们选择冒泡排序作为我们的实现：
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]; j++) {
int swap = array[j];
array[j] = array[j + 1];
array[j + 1] = swap;
}
}
}
}
3.1 多种无状态排序实现
我们现在想添加使用其他排序算法进行排序的可能性，因此我们考虑快速排序算法，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 选择实现方式
假设使用哪种算法的决定是在运行时做出的。
我们需要一种在运行时选择正确排序算法的方法，为此，我们使用了一种称为策略模式的设计模式。
为了在我们的案例中实现策略模式，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 {
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，我们可以切换到任何我们喜欢的实现，而我们的消费代码则使用传递给它的任意排序对象：
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
}
这里的类不包含任何字段，因此也没有状态。但是，由于有一个对象，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
我们希望引入一种方式，让用户能够自行选择排序策略。由于这些类是无状态的，我们不需要创建多个实例。因此，我们可以使用单例设计模式来实现。
我们可以通过使用Java枚举来实现策略实例的这种模式。
让我们从class类型切换到enum类型，并添加一个常量INSTANCE，这个常量实际上是该特定排序算法的一个无状态实例。由于枚举可以实现Java接口，因此这是一种提供策略对象单例的简洁方法：
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种排序策略均有效并且易于维护：
@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
在本文中，我们探讨了Java语言中的无状态对象。
我们看到无状态对象对于保存不需要状态的算法很有用，我们还研究了如何实现策略模式。
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