Guava 是个风火轮之基础工具

前言

Guava 是 Java 开发者的好朋友。虽然我在开发中使用 Guava 很长时间了，Guava API 的身影遍及我写的生产代码的每个角落，但是我用到的功能只是 Guava 的功能集中一个少的可怜的真子集，更别说我一直没有时间认真的去挖掘 Guava 的功能，没有时间去学习 Guava 的实现。直到最近，我开始阅读 Getting Started with Google Guava ，感觉有必要将我学习和使用 Guava 的一些东西记录下来。

Charsets

Charsets 是一个常量工厂，给出了 6 个Java 承诺了全平台支持的字符集，类似的静态工厂在 Apache 的类库中也有提供。如果没有静态变量，我们要么使用 Charset#forName 方法，传入一个字符串来获取指定的字符集，要么自己定义一个类似的工厂类。

使用 Charset#forName 的问题就在于用户需要关注入参字符串的拼写，一旦拼写错误就会出现意料之外的事情。

到了 Java 7 中，JDK 提供了一个官方的静态工厂类 java.nio.charset.StandardCharsets，Guava 也推荐使用 Java 7 及以上的用户使用 StandardCharsets。

Strings

在 Guava 中，以名词的复数形式命名的类，基本上都是静态工厂。Strings 就是这么一个用来操作字符串的方法工厂。

Strings 提供了空指针、空字符串的判断和互换方法。

Strings.isNullOrEmpty("");//true Strings.nullToEmpty(null);//"" Strings.nullToEmpty("a");//"a" Strings.emptyToNull("");//null Strings.emptyToNull("a");//"a" 

对于防御式编程，可以在拿到字符串入参之后，调用一下 Strings#nullToEmpty 将可能的空指针变成空字符串，然后也就不用担心字符串引发的 NPE，或者字符串拼接时候出现的 “null” 了。

Strings 还提供了常见的字符串前后拼接同一个字符直到达到某个长度，或者重复拼接自身 n 次。

Strings.padStart("7", 3, '0');//"007" Strings.padStart("2010", 3, '0');//"2010" Strings.padEnd("4.", 5, '0');//"4.000" Strings.padEnd("2010", 3, '!');//"2010" Strings.repeat("hey", 3);//"heyheyhey" 

Strings 的最后一组功能是查找两个字符串的公共前缀、后缀。

Strings.commonPrefix("aaab", "aac");//"aa" Strings.commonSuffix("aaac", "aac");//"aac" 

源码分析

源码来自 Guava 18.0。Strings 类的源码大约 240 行，大部分的函数实现中规中矩，值得关注的是 Strings#repeat。代码注释赫然写着，如果你修改了这里的代码，必须同步更新 Benchmark！看来这段代码是经过极致优化了的，让我不禁想起当年楼教主比赛时“我去上个厕所，不要动键盘”的霸气。

public static String repeat(String string, int count) {   checkNotNull(string);  // eager for GWT.   if (count <= 1) {     checkArgument(count >= 0, "invalid count: %s", count);     return (count == 0) ? "" : string;   }   // IF YOU MODIFY THE CODE HERE, you must update StringsRepeatBenchmark   final int len = string.length();   final long longSize = (long) len * (long) count;   final int size = (int) longSize;   if (size != longSize) {     throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("Required array size too large: " + longSize);   }   final char[] array = new char[size];   string.getChars(0, len, array, 0);   int n;   for (n = len; n < size - n; n <<= 1) {     System.arraycopy(array, 0, array, n, n);   }   System.arraycopy(array, 0, array, n, size - n);   return new String(array); } 

真正的代码从霸气注释开始。开头的 3 行代码，int 升级 long 然后降级 int，是为了确保字符串 repeat 之后没有超过 String 的长度限制，而先强制提升然后截断的方法，能够高效的判断溢出，这种手法在 C 语言中也是常见的。由于这里是判断 int 溢出，可以升级到 long，如果判断 long 溢出，就只能用除法了。

然后这里没有用 StringBuilder，而是出于性能考虑用了 char[]，直接申请目标大小的数组。循环复制字符串的时候，复制源的长度指数增长，以最快的速度结束循环。System#arraycopy 是个 native 方法，也就是用 C 来实现的，性能上似乎更值得信赖一点。

另外一段让我涨姿势的代码是查找相同前缀的。

public static String commonPrefix(CharSequence a, CharSequence b) {   checkNotNull(a);   checkNotNull(b);   int maxPrefixLength = Math.min(a.length(), b.length());   int p = 0;   while (p < maxPrefixLength && a.charAt(p) == b.charAt(p)) {     p++;   }   if (validSurrogatePairAt(a, p - 1) || validSurrogatePairAt(b, p - 1)) {     p--;   }   return a.subSequence(0, p).toString(); }  static boolean validSurrogatePairAt(CharSequence string, int index) {   return index >= 0 && index <= (string.length() - 2)       && Character.isHighSurrogate(string.charAt(index))       && Character.isLowSurrogate(string.charAt(index + 1)); } 

整个函数本来很简单的，但是 while 后面还跟着一个莫名其妙的 if，这是什么东西！函数名里面居然出现了我不认识的单词，英语水平暴露了！

一番 Google 之后发现，这里其实是判断最后两个字符是不是合法的“ Java 平台增补字符 ”。看起来这些增补字符占了 2 个字节，然后要用判断高位低位之类的。。仔细看了函数的头注释，里面也提到 taking care not to split surrogate pairs，然后就明了了。

CharMacher

一提起字符串操作，我们都会想起一个神奇的符号，StringUtil。不仅仅 Apache Common 有一个 StringUtil，Spring 也有一个类似的 StringUtils，然后各个公司、各个项目也会造个轮子，或者重写，或者继承来实现自己的一些特殊的字符串操作。

随着 StringUtil 无节制的发展，StringUtil 里面充斥着 allAscii, collapse, collapseControlChars, collapseWhitespace, indexOfChars, lastIndexNotOf, numSharedChars, removeChars, removeCrLf, replaceChars, retainAllChars, strip, stripAndCollapse, stripNonDigits 等等函数。这些函数本质上是两个概念的点积：

1. 如何界定匹配的字符？
2. 要对匹配的字符做什么？

为了解决这种野蛮增长，Guava 带来了 CharMacher。一个 CharMacher 实例本身，界定了一个匹配字符的集合，而 CharMacher 实例的方法，解决了要对匹配字符做什么的问题。然后我们就可以用最小化的 API 来处理字符匹配和字符操作，把 $M /times N$ 的复杂度下降到了 $M + N$。

CharMacher 自带常量工厂，域定义了一系列常用的字符集合，比如 CharMatcher#ASCII 匹配 ASCII 码，CharMatcher#DIGIT 匹配 Unicode 的数字 0~9，还有其他常量如 JAVA_DIGIT、JAVA_LETTER 等。

CharMacher 提供了一系列的静态方法用于构造自定义的字符集合。

CharMatcher#is 得到界定单个匹配字符的实例，CharMatcher#isNot 正好与前者逻辑反。CharMatcher#anyOf 生成存在量词，CharMatcher#noneOf 生成否定全称量词。CharMatcher#inRange 范围量词，闭区间。

本质上 CharMacher 继承自 Predicate，是专门字符对象的断言，因此 Predicate 享有的与或非等等操作，CharMacher 也有。我们可以用 CharMatcher#and、CharMatcher#or、CharMatcher#negate 来完成 CharMacher 的与或非，对于匹配字符集合来说就是交并补。

如果上述两种构造 CharMacher 的手段还是太弱没法描述我们想要的匹配器，没关系，我们还有大招：初始化一个重载了 CharMatcher#matches 方法的匿名类实例，或者显式继承 CharMacher 然后实现 matches 方法。

接下来我们看看 CharMacher 有哪些实例方法可用。根据函数的返回值和名称我们能够轻易将这些方法分为 3 类。

第一类是判定型函数，判断 CharMacher 和入参字符串的匹配关系。

CharMatcher.is('a').matchesAllOf("aaa");//true CharMatcher.is('a').matchesAnyOf("aba");//true CharMatcher.is('a').matchesNoneOf("aba");//true 

第二类是计数型函数，查找入参字符串中第一次、最后一次出现目标字符的位置，或者目标字符出现的次数，比如 CharMatcher#indexIn，CharMatcher#lastIndexIn 和 CharMatcher#countIn。

第三类就是对匹配字符的操作。我们能对字符串中的匹配字符做什么操作呢？基本上就是移除、仅保留、替换、前后修剪、collapse（不知道怎么翻译比较恰当） 等等，我们可以轻易地使用 CharMatcher#removeFrom、CharMatcher#retainFrom、CharMatcher#replaceFrom、CharMatcher#trimFrom、CharMatcher#collapseFrom 等等一系列正交的方法来实现。

源码分析

源码来自 Guava 18.0。CharMatcher 类源码约 1400 行，大致上分为常量、内部类、静态工厂、非静态工厂以及文本处理例程。

CharMatcher 整个类都被打上了 @Beta 注解，还有一句注释，Possibly change from chars to code points; decide constants vs. methods，看得我云里雾里的。不管怎么说，CharMatcher 自从 Guava 1.0 就一直存在了，虽然有着 Beta 注解，个人感觉被移除或者过时的可能性很小。

继承与组合

前不久我在一篇博文中看到这样一种说法（具体出处找不到了），那些可以直接实例化的类，应该被声明为 final，这样可以强制其他开发者使用组合而不是继承来复用代码。那些可以被继承的类，应该是抽象类，要么在实例化的时候补全虚函数的实现，要么通过继承实现虚函数。

对照 Guava 的代码，还真有点类似的意思。那些工厂类，基本上都被声明为了 final，而 CharMatcher 则是一个抽象类，在实例化的时候覆盖实现各种虚函数，也被各种内部类、外部类继承。

CharMatcher 中有 3 个私有静态类，CharMatcher/$And、CharMatcher/$Or、CharMatcher/$NegatedMatcher，用于描述 CharMatcher 的与或非关系。这 3 个类与 CharMatcher 之间既是继承，又是聚合。突然感觉 UML 好难画。

其他 4 个静态类，则是为了实现某种匹配模式，而对 CharMatcher 作出了特化处理，比如 RangesMatcher 专门匹配一段连续的字符范围，FastMatcher 专门匹配那些无法通过预处理获得性能提升的字符（们）。

代码即文档

我在写代码的时候总是把“自注释”、“代码即文档”等等挂在嘴边，但是真正能做到的代码却不多。有的时候把自己的代码拿出来，一眼看去尽是 IDE 自动生成的毫无意义的变量名，真是惭愧。

下面这段代码的参数命名比较有趣，值得借鉴。

public static CharMatcher inRange(final char startInclusive, final char endInclusive) {   checkArgument(endInclusive >= startInclusive);   String description = "CharMatcher.inRange('" +    showCharacter(startInclusive) + "', '" +    showCharacter(endInclusive) + "')";   return inRange(startInclusive, endInclusive, description); }  

不需要任何文档，我们从函数名和参数名就能够看出，这段代码返回的 CharMatcher 匹配的是一个闭区间内的字符。如果换了别人来实现，能用 start 和 end 做参数名的已经算是很不错了，大部分估计用 c1、c2 敷衍了事，更不用说加上起到关键作用的 Inclusive 了。

总体而言，CharMatcher 的代码虽然长，却没有特别深奥或者精彩的片段，less is more。