Java 设计模式最佳实践:1~5(4)

简介: Java 设计模式最佳实践:1~5(4)

Java 设计模式最佳实践:1~5(3)https://developer.aliyun.com/article/1426753

尾部调用优化

尾部调用优化TCO)是一些编译器在不使用栈空间的情况下调用函数的技术。Scala 通过用@tailrec注解递归代码来利用它。这基本上告诉编译器使用一个特殊的循环,称为 trampoline,它反复运行函数。函数调用可以处于一种或多种要调用的状态。在完成时,它返回结果(头部),在更多的情况下,它返回当前循环而不返回头部(尾部)。这个模式已经被 cyclops-react 提供给我们了。

意图

其目的是在不破坏栈的情况下启用递归调用。它只用于大量的递归调用,对于少数调用,它可能会降低性能。

示例

cyclops-react 的维护者 John McClean 演示了 TCO 在 Fibonacci 序列中计算数字的用法。代码简洁易懂,基本上是从初始状态 0 和 1 开始累加斐波那契数,f(0) = 0f(1) = 1,应用f(n) = f(n-1) + f(n-2)函数:

importstatic cyclops.control.Trampoline.done;
importstatic cyclops.control.Trampoline.more;
import cyclops.control.Trampoline;
publicclass Main 
{
  publicvoid fib() 
  {
    for(int i=0;i<100_000;i++)
    System.out.println(fibonacci(i, 0l, 1l).get());
  }
  public Trampoline<Long> fibonacci(Integer count, Long a, Long b) 
  {
    return count==0 ? done(a) : more(()->fibonacci (count - 1, 
    b, a + b));
  }
  publicstaticvoid main(String[] args) 
  {
    new Main().fib();
  }
}

回忆录

多次调用前面的 Fibonacci 实现将导致 CPU 周期的浪费,因为有些步骤是相同的,并且我们可以保证,对于相同的输入,我们总是得到相同的输出(纯函数)。为了加速调用,我们可以缓存输出,对于给定的输入,只返回缓存结果,而不是实际计算结果。

意图

其目的是缓存给定输入的函数结果,并使用它加速对给定相同输入的相同函数的进一步调用。它应该只用于纯函数,因为它们提供了引用透明性。

示例

在下面的示例中,我们将重用 Fibonacci 代码并添加 Guava 缓存。缓存将保存 Fibonacci 的返回值,而键是输入数字。缓存配置为在大小和时间上限制内存占用:

importstatic cyclops.control.Trampoline.done;
importstatic cyclops.control.Trampoline.more;
import java.math.BigInteger;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import com.google.common.cache.Cache;
import com.google.common.cache.CacheBuilder;
import cyclops.async.LazyReact;
import cyclops.control.Trampoline;
publicclass Main 
{
  public BigInteger fib(BigInteger n) 
  {
    return fibonacci(n, BigInteger.ZERO, BigInteger.ONE).get(); 
  }
  public Trampoline<BigInteger> fibonacci(BigInteger count, 
  BigInteger a, BigInteger b) 
  {
    return count.equals(BigInteger.ZERO) ? done(a) : 
    more(()->fibonacci (count.subtract(BigInteger.ONE), b, 
    a.add(b)));
  }
  publicvoid memoization(List<Integer> array) 
  {
    Cache<BigInteger, BigInteger> cache = CacheBuilder.newBuilder()
    .maximumSize(1_000_000)
    .expireAfterWrite(10, TimeUnit.MINUTES)
    .build();
    LazyReact react = new LazyReact().autoMemoizeOn((key,fn)->    
    cache.get((BigInteger)key,()-> (BigInteger)fn.
    apply((BigInteger)key)));
    Listresult = react.from(array)
    .map(i->fibonacci(BigInteger.valueOf(i), BigInteger.ZERO,  
    BigInteger.ONE))
    .toList();
  }
  publicstaticvoid main(String[] args) 
  {
    Main main = new Main();
    List<Integer> array = Arrays.asList(500_000, 499_999);
    long start = System.currentTimeMillis();
    array.stream().map(BigInteger::valueOf).forEach(x -> main.fib(x));
    System.out.println("Regular version took " +     
    (System.currentTimeMillis() - start) + " ms");
    start = System.currentTimeMillis();
    main.memoization(array);
    System.out.println("Memoized version took " +   
    (System.currentTimeMillis() - start) + " ms");
  }
}

输出如下:

Regular version took 19022 ms
Memoized version took 394 ms

环绕执行方法

在度量每个版本的代码的性能时,前面的代码似乎都在重复。这可以通过环绕执行方法模式解决,方法是将执行的业务代码包装到 Lambda 表达式中。这种模式的一个很好的例子是单元测试前后的设置/拆卸函数。这类似于前面描述的模板方法和借贷模式。

意图

其目的是让用户可以在特定业务方法之前和之后执行某些特定的操作。

示例

上一个示例中提到的代码包含重复的代码(代码气味)。我们将应用环绕执行模式来简化代码并使其更易于阅读。可能的重构可以使用 Lambda,如我们所见:

publicstaticvoid measurePerformance(Runnable runnable) 
{
  long start = System.currentTimeMillis();
  runnable.run();
  System.out.println("It took " + (System.currentTimeMillis() - 
  start) + " ms");
}
publicstaticvoid main(String[] args) 
{
  Main main = new Main();
  List<Integer> array = Arrays.asList(500_000, 499_999);
  measurePerformance(() -> array.stream().map(BigInteger::valueOf)
  .forEach(x -> main.fib(x)));
  measurePerformance(() -> main.memoization(array));
}

总结

在本章中,我们了解了函数式编程的含义、最新 Java 版本提供的特性,以及它们是如何改变一些现有的 GOF 模式的。我们还使用了一些函数式编程设计模式。

在下一章中,我们将深入到反应式世界,学习如何使用 RxJava 创建响应式应用。

相关文章
|
16天前
|
设计模式 Java 开发者
设计模式揭秘:Java世界的七大奇迹
【4月更文挑战第7天】探索Java设计模式:单例、工厂方法、抽象工厂、建造者、原型、适配器和观察者,助你构建健壮、灵活的软件系统。了解这些模式如何提升代码复用、可维护性,以及在特定场景下的应用,如资源管理、接口兼容和事件监听。掌握设计模式,但也需根据实际情况权衡,打造高效、优雅的软件解决方案。
|
17天前
|
设计模式 存储 Java
23种设计模式,享元模式的概念优缺点以及JAVA代码举例
【4月更文挑战第6天】享元模式(Flyweight Pattern)是一种结构型设计模式,旨在通过共享技术有效地支持大量细粒度对象的重用。这个模式在处理大量对象时非常有用,特别是当这些对象中的许多实例实际上可以共享相同的状态时,从而可以减少内存占用,提高程序效率
31 4
|
16天前
|
设计模式 监控 Java
设计模式 - 观察者模式(Observer):Java中的战术与策略
【4月更文挑战第7天】观察者模式是构建可维护、可扩展系统的关键,它在Java中通过`Observable`和`Observer`实现对象间一对多的依赖关系,常用于事件处理、数据绑定和同步。该模式支持事件驱动架构、数据同步和实时系统,但需注意避免循环依赖、控制通知粒度,并关注性能和内存泄漏问题。通过明确角色、使用抽象和管理观察者注册,可最大化其效果。
|
5天前
|
设计模式 算法 Java
Java中的设计模式及其应用
【4月更文挑战第18天】本文介绍了Java设计模式的重要性及分类,包括创建型、结构型和行为型模式。创建型模式如单例、工厂方法用于对象创建;结构型模式如适配器、组合关注对象组合;行为型模式如策略、观察者关注对象交互。文中还举例说明了单例模式在配置管理器中的应用,工厂方法在图形编辑器中的使用,以及策略模式在电商折扣计算中的实践。设计模式能提升代码可读性、可维护性和可扩展性,是Java开发者的必备知识。
|
8天前
|
设计模式 算法 Java
小谈设计模式(30)—Java设计模式总结
小谈设计模式(30)—Java设计模式总结
|
9天前
|
设计模式 存储 Java
Java设计模式:解释一下单例模式(Singleton Pattern)。
`Singleton Pattern`是Java中的创建型设计模式,确保类只有一个实例并提供全局访问点。它通过私有化构造函数,用静态方法返回唯一的实例。类内静态变量存储此实例,对外仅通过静态方法访问。
15 1
|
13天前
|
设计模式 算法 Java
23种设计模式,模板方法模式的概念优缺点以及JAVA代码举例
【4月更文挑战第10天】模板方法模式是一种行为设计模式,它定义了一个操作中的算法的骨架,而将一些步骤延迟到子类中。模板方法使得子类可以在不改变算法结构的情况下,重新定义算法中的某些特定步骤。
14 0
|
14天前
|
设计模式 Java
23种设计模式,状态模式的概念优缺点以及JAVA代码举例
【4月更文挑战第9天】状态模式是一种行为设计模式,允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为,这个对象看起来似乎修改了它的类。
26 4
|
16天前
|
设计模式 Java
23种设计模式,命令模式的概念优缺点以及JAVA代码举例
【4月更文挑战第7天】命令模式是一种行为设计模式,它将请求或简单操作封装为一个对象。这种模式允许用户通过调用对象来参数化其他对象的方法,并能保存、排队和执行方法调用。
20 1
|
16天前
|
设计模式 缓存 安全
分析设计模式对Java应用性能的影响,并提供优化策略
【4月更文挑战第7天】本文分析了7种常见设计模式对Java应用性能的影响及优化策略:单例模式可采用双重检查锁定、枚举实现或对象池优化;工厂方法和抽象工厂模式可通过对象池和缓存减少对象创建开销;建造者模式应减少构建步骤,简化复杂对象;原型模式优化克隆方法或使用序列化提高复制效率;适配器模式尽量减少使用,或合并多个适配器;观察者模式限制观察者数量并使用异步通知。设计模式需根据应用场景谨慎选用,兼顾代码质量和性能。