Guava - 拯救垃圾代码，写出优雅高效，效率提升N倍

最近在看一个同学代码的时候，发现代码中大量使用了 Google 开源的 Guava 核心库中的内容，让代码简单清晰了不少，故学习分享出 Guava 中我认为最实用的功能。

Guava 项目是 Google 公司开源的 Java 核心库，它主要是包含一些在 Java 开发中经常使用到的功能，如数据校验、不可变集合、计数集合，集合增强操作、I/O、缓存、字符串操作等。并且 Guava 广泛用于 Google 内部的 Java 项目中，也被其他公司广泛使用，甚至在新版 JDK 中直接引入了 Guava 中的优秀类库，所以质量毋庸置疑。

使用方式直接 mavan 依赖引入。

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/com.google.guava/guava -->
<dependency>
    <groupId>com.google.guava</groupId>
    <artifactId>guava</artifactId>
    <version>30.0-jre</version>
</dependency>

数据校验

数据校验说来十分简单，一是非空判断，二是预期值判断。非空判断我想每一个 Java 开发者都很熟悉，一开始都经常和 NullPointException 打交道。处理的方式我们自然是一个 if( xx == null) 就能轻松解决。预期值判断也是类似，检查数据值是不是自己想要的结果即可。

即使这么简单的操作，我们是不是还经常出错呢？而且写起来的代码总是一行判断一行异常抛出，怎么看都觉得那么优雅。还好，现在就来尝试第一次使用 Guava 吧。

非空判断

String param = "未读代码";
String name = Preconditions.checkNotNull(param);
System.out.println(name); // 未读代码
String param2 = null;
String name2 = Preconditions.checkNotNull(param2); // NullPointerException
System.out.println(name2);

引入了 Guava 后可以直接使用 Preconditions.checkNotNull 进行非空判断，好处为觉得有两个，一是语义清晰代码优雅；二是你也可以自定义报错信息，这样如果参数为空，报错的信息清晰，可以直接定位到具体参数。

String param2 = null;
String name2 = Preconditions.checkNotNull(param2,"param2 is null");
// java.lang.NullPointerException: param2 is null

预期值判断

和非空判断类似，可以比较当前值和预期值，如果不相等可以自定义报错信息抛出。

String param = "www.wdbyte.com2";
String wdbyte = "www.wdbyte.com";
Preconditions.checkArgument(wdbyte.equals(param), "[%s] 404 NOT FOUND", param);
// java.lang.IllegalArgumentException: [www.wdbyte.com2] 404 NOT FOUND

是否越界

Preconditions 类还可以用来检查数组和集合的元素获取是否越界。

// Guava 中快速创建ArrayList
List<String> list = Lists.newArrayList("a", "b", "c", "d");
// 开始校验
int index = Preconditions.checkElementIndex(5, list.size());
// java.lang.IndexOutOfBoundsException: index (5) must be less than size (4)

代码中快速创建 List 的方式也是 Guava 提供的，后面会详细介绍 Guava 中集合创建的超多姿势。

不可变的集合

创建不可变集合是我个人最喜欢 Guava 的一个原因，因为创建一个不能删除、不能修改、不能增加元素的集合实在是太实用了。这样的集合你完全不用担心发生什么问题，总的来说有下面几个优点：

1. 线程安全，因为不能修改任何元素，可以随意多线程使用且没有并发问题。
2. 可以无忧的提供给第三方使用，反正修改不了。
3. 减少内存占用，因为不能改变，所以内部实现可以最大程度节约内存占用。
4. 可以用作常量集合。

创建方式

说了那么多，那么到底怎么使用呢？赶紧撸起代码来。

// 创建方式1：of
ImmutableSet<String> immutableSet = ImmutableSet.of("a", "b", "c");
immutableSet.forEach(System.out::println);
// a
// b
// c

// 创建方式2：builder
ImmutableSet<String> immutableSet2 = ImmutableSet.<String>builder()
    .add("hello")
    .add(new String("未读代码"))
    .build();
immutableSet2.forEach(System.out::println);
// hello
// 未读代码

// 创建方式3：从其他集合中拷贝创建
ArrayList<String> arrayList = new ArrayList();
arrayList.add("www.wdbyte.com");
arrayList.add("https");
ImmutableSet<String> immutableSet3 = ImmutableSet.copyOf(arrayList);
immutableSet3.forEach(System.out::println);
// www.wdbyte.com
// https

都可以正常打印遍历结果，但是如果进行增删改，会直接报 UnsupportedOperationException .

其实 JDK 中也提供了一个不可变集合，可以像下面这样创建。

ArrayList<String> arrayList = new ArrayList();
arrayList.add("www.wdbyte.com");
arrayList.add("https");
// JDK Collections 创建不可变 List
List<String> list = Collections.unmodifiableList(arrayList);
list.forEach(System.out::println);// www.wdbyte.com https
list.add("未读代码"); // java.lang.UnsupportedOperationException

注意事项

1. 使用 Guava 创建的不可变集合是拒绝 null 值的，因为在 Google 内部调查中，95% 的情况下都不需要放入 null 值。

2. 使用 JDK 提供的不可变集合创建成功后，原集合添加元素会体现在不可变集合中，而 Guava 的不可变集合不会有这个问题。

   List<String> arrayList = new ArrayList<>();
   arrayList.add("a");
   arrayList.add("b");
   List<String> jdkList = Collections.unmodifiableList(arrayList);
   ImmutableList<String> immutableList = ImmutableList.copyOf(arrayList);
   arrayList.add("ccc");
   jdkList.forEach(System.out::println);// result: a b ccc
   System.out.println("-------");
   immutableList.forEach(System.out::println);// result: a b

3. 如果不可变集合的元素是引用对象，那么引用对象的属性是可以更改的。

其他不可变集合

不可变集合除了上面演示的 set 之外，还有很多不可变集合，下面是 Guava 中不可变集合和其他集合的对应关系。

集合操作工厂

其实这里只会介绍一个创建方法，但是为什么还是单独拿出来介绍了呢？看下去你就会大呼好用。虽然 JDK 中已经提供了大量的集合相关的操作方法，用起来也是非常的方便，但是 Guava 还是增加了一些十分好用的方法，保证让你用上一次就爱不释手，

创建集合。

// 创建一个 ArrayList 集合
List<String> list1 = Lists.newArrayList();
// 创建一个 ArrayList 集合，同时塞入3个数据
List<String> list2 = Lists.newArrayList("a", "b", "c");
// 创建一个 ArrayList 集合，容量初始化为10
List<String> list3 = Lists.newArrayListWithCapacity(10);

LinkedList<String> linkedList1 = Lists.newLinkedList();
CopyOnWriteArrayList<String> cowArrayList = Lists.newCopyOnWriteArrayList();

HashMap<Object, Object> hashMap = Maps.newHashMap();
ConcurrentMap<Object, Object> concurrentMap = Maps.newConcurrentMap();
TreeMap<Comparable, Object> treeMap = Maps.newTreeMap();

HashSet<Object> hashSet = Sets.newHashSet();
HashSet<String> newHashSet = Sets.newHashSet("a", "a", "b", "c");

Guava 为每一个集合都添加了工厂方法创建方式，上面已经展示了部分集合的工厂方法创建方式。是不是十分的好用呢。而且可以在创建时直接扔进去几个元素，这个简直太赞了，再也不用一个个 add 了。

集合交集并集差集

过于简单，直接看代码和输出结果吧。

Set<String> newHashSet1 = Sets.newHashSet("a", "a", "b", "c");
Set<String> newHashSet2 = Sets.newHashSet("b", "b", "c", "d");

// 交集
SetView<String> intersectionSet = Sets.intersection(newHashSet1, newHashSet2);
System.out.println(intersectionSet); // [b, c]

// 并集
SetView<String> unionSet = Sets.union(newHashSet1, newHashSet2);
System.out.println(unionSet); // [a, b, c, d]

// newHashSet1 中存在，newHashSet2 中不存在
SetView<String> setView = Sets.difference(newHashSet1, newHashSet2);
System.out.println(setView); // [a]

有数量的集合

这个真的太有用了，因为我们经常会需要设计可以计数的集合，或者 value 是 List 的 Map 集合，如果说你不太明白，看下面这段代码，是否某天夜里你也这样写过。

1. 统计相同元素出现的次数（下面的代码我已经尽可能精简写法了）。

   JDK 原生写法：

   // Java 统计相同元素出现的次数。
   List<String> words = Lists.newArrayList("a", "b", "c", "d", "a", "c");
   Map<String, Integer> countMap = new HashMap<String, Integer>();
   for (String word : words) {
       Integer count = countMap.get(word);
       count = (count == null) ? 1 : ++count;
       countMap.put(word, count);
   }
   countMap.forEach((k, v) -> System.out.println(k + ":" + v));
   /**
    * result:
    * a:2
    * b:1
    * c:2
    * d:1
    */

尽管已经尽量优化代码，代码量还是不少的，那么在 Guava 中有什么不一样呢？在 Guava. 中主要是使用 HashMultiset 类，看下面。

   ArrayList<String> arrayList = Lists.newArrayList("a", "b", "c", "d", "a", "c");
   HashMultiset<String> multiset = HashMultiset.create(arrayList);
   multiset.elementSet().forEach(s -> System.out.println(s + ":" + multiset.count(s)));
   /**
    * result:
    * a:2
    * b:1
    * c:2
    * d:1
    */

是的，只要把元素添加进去就行了，不用在乎是否重复，最后都可以使用 count 方法统计重复元素数量。看着舒服，写着优雅，HashMultiset 是 Guava 中实现的 Collection 类，可以轻松统计元素数量。

2. 一对多，value 是 List 的 Map 集合。

   假设一个场景，需要把很多动物按照种类进行分类，我相信最后你会写出类似的代码。

   JDK 原生写法：

   HashMap<String, Set<String>> animalMap = new HashMap<>();
   HashSet<String> dogSet = new HashSet<>();
   dogSet.add("旺财");
   dogSet.add("大黄");
   animalMap.put("狗", dogSet);
   HashSet<String> catSet = new HashSet<>();
   catSet.add("加菲");
   catSet.add("汤姆");
   animalMap.put("猫", catSet);
   System.out.println(animalMap.get("猫")); // [加菲, 汤姆]

最后一行查询猫得到了猫类的 "加菲" 和 ”汤姆“。这个代码简直太烦做了，如果使用 Guava 呢？

   // use guava
   HashMultimap<String, String> multimap = HashMultimap.create();
   multimap.put("狗", "大黄");
   multimap.put("狗", "旺财");
   multimap.put("猫", "加菲");
   multimap.put("猫", "汤姆");
   System.out.println(multimap.get("猫")); // [加菲, 汤姆]

HashMultimap 可以扔进去重复的 key 值，最后获取时可以得到所有的 value 值，可以看到输出结果和 JDK 写法上是一样的，但是代码已经无比清爽。

字符串操作

作为开发中最长使用的数据类型，字符串操作的增强可以让开发更加高效。

字符拼接

JDK 8 中其实已经内置了字符串拼接方法，但是它只是简单的拼接，没有额外操作，比如过滤掉 null 元素，去除前后空格等。先看一下 JDK 8 中字符串拼接的几种方式。

// JDK 方式一
ArrayList<String> list = Lists.newArrayList("a", "b", "c", null);
String join = String.join(",", list);
System.out.println(join); // a,b,c,null
// JDK 方式二
String result = list.stream().collect(Collectors.joining(","));
System.out.println(result); // a,b,c,null
// JDK 方式三
StringJoiner stringJoiner = new StringJoiner(",");
list.forEach(stringJoiner::add);
System.out.println(stringJoiner.toString()); // a,b,c,null

可以看到 null 值也被拼接到了字符串里，这有时候不是我们想要的，那么使用 Guava 有什么不一样呢？

ArrayList<String> list = Lists.newArrayList("a", "b", "c", null);
String join = Joiner.on(",").skipNulls().join(list);
System.out.println(join); // a,b,c

String join1 = Joiner.on(",").useForNull("空值").join("旺财", "汤姆", "杰瑞", null);
System.out.println(join1); // 旺财,汤姆,杰瑞,空值

可以看到使用 skipNulls() 可以跳过空值，使用 useFornull(String) 可以为空值自定义显示文本。

字符串分割

JDK 中是自带字符串分割的，我想你也一定用过，那就是 String 的 split 方法，但是这个方法有一个问题，就是如果最后一个元素为空，那么就会丢弃，奇怪的是第一个元素为空却不会丢弃，这就十分迷惑，下面通过一个例子演示这个问题。

String str = ",a,,b,";
String[] splitArr = str.split(",");
Arrays.stream(splitArr).forEach(System.out::println);
System.out.println("------");
/**
 *
 * a
 * 
 * b
 * ------
 */

你也可以自己测试下，最后一个元素不是空，直接消失了。

如果使用 Guava 是怎样的操作方式呢？Guava 提供了 Splitter 类，并且有一系列的操作方式可以直观的控制分割逻辑。

String str = ",a ,,b ,";
Iterable<String> split = Splitter.on(",")
    .omitEmptyStrings() // 忽略空值
    .trimResults() // 过滤结果中的空白
    .split(str);
split.forEach(System.out::println);
/**
 * a
 * b
 */

缓存

在开发中我们可能需要使用小规模的缓存，来提高访问速度。这时引入专业的缓存中间件可能又觉得浪费。现在可以了， Guava 中提供了简单的缓存类，且可以根据预计容量、过期时间等自动过期已经添加的元素。即使这样我们也要预估好可能占用的内存空间，以防内存占用过多。

现在看一下在 Guava 中缓存该怎么用。

@Test
public void testCache() throws ExecutionException, InterruptedException {

    CacheLoader cacheLoader = new CacheLoader<String, Animal>() {
        // 如果找不到元素，会调用这里
        @Override
        public Animal load(String s) {
            return null;
        }
    };
    LoadingCache<String, Animal> loadingCache = CacheBuilder.newBuilder()
        .maximumSize(1000) // 容量
        .expireAfterWrite(3, TimeUnit.SECONDS) // 过期时间
        .removalListener(new MyRemovalListener()) // 失效监听器
        .build(cacheLoader); //
    loadingCache.put("狗", new Animal("旺财", 1));
    loadingCache.put("猫", new Animal("汤姆", 3));
    loadingCache.put("狼", new Animal("灰太狼", 4));

    loadingCache.invalidate("猫"); // 手动失效

    Animal animal = loadingCache.get("狼");
    System.out.println(animal);
    Thread.sleep(4 * 1000);
    // 狼已经自动过去，获取为 null 值报错
    System.out.println(loadingCache.get("狼"));
    /**
     * key=猫,value=Animal{name='汤姆', age=3},reason=EXPLICIT
     * Animal{name='灰太狼', age=4}
     * key=狗,value=Animal{name='旺财', age=1},reason=EXPIRED
     * key=狼,value=Animal{name='灰太狼', age=4},reason=EXPIRED
     *
     * com.google.common.cache.CacheLoader$InvalidCacheLoadException: CacheLoader returned null for key 狼.
     */
}

/**
 * 缓存移除监听器
 */
class MyRemovalListener implements RemovalListener<String, Animal> {

    @Override
    public void onRemoval(RemovalNotification<String, Animal> notification) {
        String reason = String.format("key=%s,value=%s,reason=%s", notification.getKey(), notification.getValue(), notification.getCause());
        System.out.println(reason);
    }
}

class Animal {
    private String name;
    private Integer age;

    @Override
    public String toString() {
        return "Animal{" +
            "name='" + name + '\'' +
            ", age=" + age +
            '}';
    }

    public Animal(String name, Integer age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
}

这个例子中主要分为 CacheLoader、MyRemovalListener、LoadingCache。

CacheLoader 中重写了 load 方法，这个方法会在查询缓存没有命中时被调用，我这里直接返回了 null，其实这样会在没有命中时抛出 CacheLoader returned null for key 异常信息。

MyRemovalListener 作为缓存元素失效时的监听类，在有元素缓存失效时会自动调用 onRemoval 方法，这里需要注意的是这个方法是同步方法，如果这里耗时较长，会阻塞直到处理完成。

LoadingCache 就是缓存的主要操作对象了，常用的就是其中的 put 和 get 方法了。

总结

上面介绍了我认为最常用的 Guava 功能，Guava 作为 Google 公司开源的 Java 开发核心库，个人觉得实用性还是很高的。引入后不仅能快速的实现一些开发中常用的功能，而且还可以让代码更加的优雅简洁。我觉得适用于每一个 Java 项目。Guava 的其他的功能你也可以自己去发现。它的 Github 地址是：https://github.com/google/guava.

参考

1. https://github.com/google/guava/wiki

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