给 Java加快速度造个轮子

在前不久发的「Java 中模拟 C# 的扩展方法」一文中给 Java 模拟了扩展方法。但毕竟没有语法支持，使用起来还是有诸多不便，尤其是需要不断交错使用不同类中实现的“扩展方法”时，切换对象非常繁琐。前文也提到，之所以想到研究“扩展方法”其实只是为了“链式调用”。

那么，为什么不直接从原始需求出发，只解决链式调用的问题，而不去考虑更宽泛的扩展方法呢？前文研究过通过 Builder 模式来实现链式调用，这种方式需要自己定义扩展方法类（也就是 Builder），仍然比较繁琐。

Chain 雏形

链式调用的主要特点就是使用了某个对象之后，可以继续使用该对象 …… 一直使用下去。你看，这里就两件事：一是提供一个对象；二是使用这个对象 —— 这不就是 Supplier 和 Consumer 吗？Java 在 java.util.function 包中正好提供了同名的两个函数式接口。这样一来，我们可以定义一个 Chain 类，从一个 Supplier 开始，不断的“消费”它，这样一个简单的 Chain 雏形就出来了：

 public class Chain<T> {
     private final T value;
 
     public Chain(Supplier<? extends T> supplier) {
         this.value = supplier.get();
     }
 
     public Chain<T> consume(Consumer<? super T> consumer) {
         consumer.accept(this.value);
         return this;
     }
 }

现在，假如我们有一个 Person 类，它有一些行为方法：

 class Person {
     public void talk() { }
     public void walk(String target) { }
     public void eat() { }
     public void sleep() { }
 }

还是前文中那个业务场景：谈妥了，出去，吃饭，回来，睡觉。非链式调用是这样的：

 public static void main(String[] args) {
     var person = new Person();
     person.talk();
     person.walk("饭店");
     person.eat();
     person.walk("家");
     person.sleep();
 }

如果用 Chain 串起来就是：

 public static void main(String[] args) {
     new Chain<>(Person::new)         .consume(Person::talk)         .consume(p -> p.walk("饭店"))
         .consume(Person::eat)
         .consume(p -> p.walk("家"))
         .consume(Person::sleep);
 }

上面已经完成了 Chain 封装，还是蛮简单的，只不过有两个小问题：

consume() 字太多，写起来麻烦。如果改名的话，do 很合适，可惜是关键字 …… 不如改成 act 好了；
链接调用往往是用在表达式中，返回有个返回值，所以得加个 Chain::getValue()

完善 Chain

实际上，链式调用过程中，也不一定就只是“消费”，有可能还需要“转换”，用程序员的话来说，就是 map()—— 将当前对象作为参数传入，计算完成之后得到另一个对象。可能大家在 java stream 中用到 map() 比较多，不过这里的场景更像 Optional::map。

来看看 Optional::map 的源代码：

 public <U> Optional<U> map(Function<? super T, ? extends U> mapper) {
     Objects.requireNonNull(mapper);
     if (!isPresent()) {
         return empty();
     } else {
         return Optional.ofNullable(mapper.apply(value));
     }
 }

可以看出来这个 map() 的逻辑很简单，就是把 Function 运行的的结果再封装成一个 Optional 对象。我们在 Chain 中也可以这么干：

 public <U> Chain<U> map(Function<? super T, ? extends U> mapper) {
     return new Chain<>(() -> mapper.apply(value));
 }

写到这里发现，使用 Supplier 的思路虽然没错，但要直接从“值”构造 Chain 对象还挺不容易的 —— 当然可以加一个构造函数的重载来解决这个问题，但我想像 Optional 那样写两个静态方法来实现，同时隐藏构造函数。修改后完整的 Chain 如下：

 import java.util.function.Consumer;
 import java.util.function.Function;
 import java.util.function.Supplier;
 
 public class Chain<T> {
     private final T value;
 
     public static <T> Chain<T> of(T value) {
         return new Chain<>(value);
     }
 
     public static <T> Chain<T> from(Supplier<T> supplier) {
         return new Chain<>(supplier.get());
     }
 
     private Chain(T value) {
         this.value = value;
     }
 
     public T getValue() {
         return value;
     }
 
     public Chain<T> act(Consumer<? super T> consumer) {
         consumer.accept(this.value);
         return this;
     }
 
     public <U> Chain<U> map(Function<? super T, ? extends U> mapper) {
         return Chain.of(mapper.apply(value));
     }
 }

继续改造 Chain

map() 总是会返回一个新的 Chain 对象。如果某次处理中存在很多个 map 步骤，那就会产生很多个 Chain 对象。能不能在一个 Chain 对象中解决呢？

定义 Chain 的时候用到了泛型，而泛型类型在编译后就会被擦除掉，和我们直接把 value 定义成 Object 没多大区别。既然如此，map() 的时候，直接把 value 给换掉，而不是产生新的 Chain 对象是否可行呢？—— 确实可行。但是一方面需要继续使用泛型来约束 consumer 和 mapper，另一方面，需要在内部进行强制的类型转换，还得保证这个转换不会有问题。

理论上来说，Chain 处理的是链式调用，一环扣一环，而每一环的结果都保存在 value 中用于下一环的开始。因此在泛型约束下，不管怎么变化都是不会出问题的。理论可行，不如实践一下：

 // 因为存在大量的类型转换（逻辑确认可行），需要忽略掉相关警告
 @SuppressWarnings("unchecked")
 public class Chain<T> {
     // 把 value 声明为 Object 类型，以便引用各种类型的值
     // 同时去掉 final 修饰，使之可变
     private Object value;
 
     public static <T> Chain<T> of(T value) {
         return new Chain<>(value);
     }
 
     public static <T> Chain<T> from(Supplier<T> supplier) {
         return new Chain<>(supplier.get());
     }
 
     private Chain(T value) {
         this.value = value;
     }
 
     public T getValue() {
         // 使用到 value 的地方都需要把 value 转换为 Chain<> 的泛型参数类型，下同
         return (T) value;
     }
 
     public Chain<T> act(Consumer<? super T> consumer) {
         consumer.accept((T) this.value);
         return this;
     }
 
     public <U> Chain<U> map(Function<? super T, ? extends U> mapper) {
         // mapper 的计算结果无所谓是什么类型都可以给 Object 类型的 value 赋值
         this.value = mapper.apply((T) value);
         // 返回的 Chain 虽然还是自己（就这个对象），但是泛型参数得换成 U 了
         // 换了类型之后，后序的操作才会基于 U 类型来进行
         return (Chain<U>) this;
     }
 }

最后那句类型转换 (Chain<U>) this 很是灵性，Java 中可以这么干（因为有类型擦除），C# 中无论如何都做不到！

再写段代码来试验一下：

public static void main(String[] args) {
// 注意：String 的操作会产生新的 String 对象，所以要用 map
Chain.of(" Hello World ")
.map(String::trim)
.map(String::toLowerCase)
// ↓ 把 String 拆分成 String[]，这里转换了不相容类型
.map(s ->s.split("\s+"))
// ↓ 消费这个 String[]，依次打印出来
.act(ss -> Arrays.stream(ss).forEach(System.out::println));
}

输出结果正如预期：