《Effective Ruby:改善Ruby程序的48条建议》一第15条:优先使用实例变量而非类变量

简介:

本节书摘来自华章出版社《Effective Ruby:改善Ruby程序的48条建议》一书中的第2章,第2.10节,作者 [美]彼得 J.琼斯(Peter J. Jones),更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看

第15条:优先使用实例变量而非类变量

Ruby语言存在两种用@标识的变量:实例变量和类变量。每个运行中的Ruby程序都有自己的私有实例变量集,如你所知,它们的名字都以“@”符号开头。修改对象的实例变量不会影响另一个对象的同名实例变量。(但是改变变量就是另外一回事儿了;如果两个对象共享第三个对象的引用,那么修改自然会影响到另一个了。详见第16条)。
类变量(那些以“@@”开头的变量)则被区别对待。不同于绑定在单个上对象,类变量被绑定到一个类型之上,并且它们对于那个类的所有的实例都是可见的。设置一个对象的类变量会立即反映到这个类的其他对象上。当然,这也没什么值得惊奇的,大多数面向对象编程语言都具备这种类范围内共享变量的能力。不过类变量和继承体系的交互方式可能是会让你感到惊讶。
类变量通常的用途是(当然不是唯一的用途)实现单例模式(不要和Ruby单例类相混淆)。某些时候在大型的应用中你只希望某个类存在一个实例,并让所有的代码去访问这个唯一的实例。比如配置类。你可能希望一次性解析配置文件,然后在整个应用中共享信息,而不是通过变量在每个需要它的方法中传来传去。基本上,单例模式就是用来解决这种神圣的全局变量问题的。
暂且抛开并发性,让我们编写一个实现了单例模式的简单的类,并通过继承该类实现其他的类:
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通过单例类型的定义可以知道,它们不能存在一个以上的实例,所以典型的做法是使new方法私有化。这就阻止了任何想从外部创建新对象的可能。我们还要对dup和clone方法做同样的处理以保证不能对唯一的实例进行克隆。访问这个正式对象的唯一方法是通过那个名为instance的类方法。它的职责是确保new方法只被调用一次,这是通过将其存在名为@@single的类变量中来实现的。如果变量@@single的值为nil,那么instance方法就会调用new方法创建一个新的实例并将其存在@@single类变量中。否则,它只是返回类变量@@single当前的值。让我们创建两个继承自类Singleton的类,从而使它们可以使用相同的逻辑:
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目前看来还不错。一个使用了这些类的应用可以在其代码的任何地方访问唯一的配置文件对象和唯一的数据库连接对象。但是如果这样就万事大吉,那我也不会额外地写这么多代码了,让我们看看真正使用这些类的时候会发生什么吧:
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糟糕!发生什么了?显然,两个类共享了同样的类变量。当Conf?iguration::instance被调用的时候@@single变量的值还是nil,因此调用了new方法并将结果对象进行了缓存。而当Database::instance被调用的时候类变量@@single因为已经有值(配置类的对象)了就没有再调用new方法创建新对象而是直接将其返回。解决这个问题的方法虽然很简单,但还是需要解释一下。
超类中的类变量会被所有子类共享。有点混乱的是,这些类的任何实例变量都可以访问并修改这些共享类变量。实例方法和类方法共享同样的类变量,使它们变得像全局变量那样不可取。所以实例应该坚持使用实例变量。当然这里其实是有解决方案的。类也是对象,所以它们也有实例变量。每个类都是一个唯一的对象并持有自身的私有实例变量集合。将变量@@single从一个类变量改为一个类的实例变量就可以解决这个
问题:
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如果你之前没有见过类方法中的实例变量,这看上去有些奇怪。同时也很容易把一个对象的实例变量与之相混淆。但是它们确实属于其自身的类。如果你记得类方法其实是一个假象的话就容易理解了。因为类也是对象,我们所称的“类方法”实际上就是类对象的实例方法。类方法仅仅是从名字上来说的。
除了打破了类和子类的共享关系以外,类实例变量同时也提供了更多的封装特性。尽管类变量(@@)可以直接在实例或类方法中被访问或修改,类实例变量(“@”)却只能在类定义级别或者类方法中被访问。所以,类的实例或外部的代码只有在你为它们特别定义了类方法(比如说Singleton::instance)的情况下才能访问。你应该像保护其他任何实例变量一般保护它们的访问权限,只在必要的时候提供访问权限。
顺便说一句,之前我说先把并发相关的问题放一放,那是因为类变量以及类的实例变量和全局变量一样有着相同的问题。如果你的程序存在多线程控制,那么在不使用互斥锁的情况下改变任何变量都是不安全的。还好,Singleton模块作为Ruby标准库的一部分,正确地以线程安全的方式实现了单例模式。使用它们很简单:
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要点回顾
优先使用实例变量而非类变量。
类也是对象,所以它们拥有自己的私有实例变量集合。

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