如何用java写出无副作用的代码

搞java的同学们可能对无副作用这个概念比较陌生，这是函数式编程中的一个概念，无副作用的意思就是： 一个函数（java里是方法）的多次调用中，只要输入参数的值相同，输出结果的值也必然相同，并且在这个函数执行过程中不会改变程序的任何外部状态（比如全局变量，对象中的属性，都属于外部状态），也不依赖于程序的任何外部状态。

比如下面的两个方法，就可以认为是无副作用的。

/**
 *
 * @author leo
 *
 */
public class NoSideEffect {

    public static int add(int a, int b) {
        return a+b;
    }

    public boolean isEmpty(String s) {
        if (s == null || s.trim().length() == 0) {
            return true;
        }
        return false;
    }
}

下面是有副作用的例子：

/**
 *
 * @author leo
 *
 */
public class HasSideEffect {

    public int baseValue;

    public int getCount(int addtion) {
        return baseValue + addtion;
    }
}

无副作用的要求可以很严格，在Fp（functional programing）的语言如lisp clojure中，无副作用的方法中连print都不能有，因为他们认为连屏幕也是外部状态，我个人觉得在写java的无副作用代码时，可以放宽一点，这个度可以自己把握，自己用着爽就ok。

“线程安全”是java中一个比较常见的概念，线程安全的类，是说不管多少个线程并发访问这个对象，都不会发生不可预期的错误，他们的表现跟单线程访问时一样，是安全可靠的。 无副作用和线程安全的概念有相似之处，无副作用的方法，一定是线程安全的，这两个概念都能够帮助写出并发友好的代码，无副作用的编程还有一个好处，代码会很清爽，因为这个方法里的代码只跟输入输出有关系， 习惯了写无副作用的代码，能够设计出更稳健的程序。 大家可以想象，如果一个系统的代码，到处是状态，到处有千丝万缕的联系，这个系统的可维护性会是怎么样的，写过几年代码的人，可能都会碰到过这种让人头疼的项目。

下面介绍几点我个人积累的关于java无副作用编程的经验：

1. 使用静态方法

我经常把一些常用的工具方法，甚至小项目中的业务方法写成utils类的静态方法，这些方法尽量写成无副作用的，这样的结果是，数据和操作分开，我感觉用起来比较好。

 public class AgentUtils {

     private static long lastMsgIdTime = 0L;

     public static synchronized String createNewMsgId(String clientId) {
         long now = System.currentTimeMillis();
         if (now <= lastMsgIdTime) {
             now = lastMsgIdTime + 1;
         }
         Date nowTime = new Date(now);
         String timeStr = DateFormatUtils.format(nowTime, "yyyyMMddHHmmssSSS");
         lastMsgIdTime = now;
         return clientId + "_" + timeStr;
     }

     public static TASK_REPORT_req createTaskReportAndUpdateLocalState(TASK_ASSIGN_req task, WorkItemState workItemState) {
         TASK_REPORT_req req = new TASK_REPORT_req(MsgType.TASK_REPORT);
         req.imei = task.imei;
         req.taskId = task.taskId;
         req.testType = task.testType;
         req.workItemState = workItemState;
         TaskQueue.updateLocalTestWorkState(req.taskId, req.imei, workItemState);
         return req;
     }

 //    private static Gson gson = new GsonBuilder().setDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss:SSS").create();

     public static Meta getMeta(String message) {
         Gson gson = new GsonBuilder().setDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss:SSS").create();
         BaseMsg warp = gson.fromJson(message, BaseMsg.class);
         return warp.meta;
     }

     public static Gson getGson() {
         Gson gson = new GsonBuilder().setDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss:SSS").create();
         return gson;
     }

     /**
      * @param LocalOrRemote 0 :local 1:remote
      * @param serverApkPath
      * @return
      */
     public static String downloadAPK(int LocalOrRemote, String serverApkPath, String taskId) throws IOException {
         File src = new File(serverApkPath);
         String localFileName = buildFullPath(AgentConf.i.apk_file_base_dir, taskId + "_" + src.getName());

         //使用scp实现下载
         if (LocalOrRemote == 0) {
             FileUtils.copyFileToDirectory(src, new File(AgentConf.i.apk_file_base_dir));
             return localFileName;
         }
         //remote 使用scp实现下载
         boolean isShellSuccess = false;

         String shell = AgentConf.i.apk_download_cmd + " " + AgentConf.i.server_ip + " " + serverApkPath + " " + localFileName;
         AgentMain.log.info("exec shell:" + shell);
         int returncode;
         try {
             returncode = Runtime.getRuntime().exec(shell).waitFor();
         } catch (InterruptedException e) {
             e.printStackTrace();
             return null;
         }
         AgentMain.log.info("shell returncode:" + returncode);

         isShellSuccess = returncode == 0;

         // 检查是否成功，修改queue中状态
         if (isShellSuccess) {
             return localFileName;
         } else {
             return null;
         }
     }
     /**
      *
      * @param LocalOrRemote  0 :local 1:remote
      * @param localReprotPaht
      * @param serverReportPath
      * @throws IOException
      */

     public static void uploadReport(int LocalOrRemote, String localReprotPaht, String serverReportPath) throws IOException {
         //使用scp实现下载
         if (LocalOrRemote == 0) {
             FileUtils.copyFile(new File(localReprotPaht), new File(serverReportPath));
             return;
         }
         //remote 使用scp实现下载

         String shell = AgentConf.i.report_upload_cmd + " " + AgentConf.i.server_ip + " " + localReprotPaht + " " + serverReportPath;
         AgentMain.log.info("exec shell:" + shell);
         int returncode;
         try {
             returncode = Runtime.getRuntime().exec(shell).waitFor();
         } catch (InterruptedException e) {
             throw new IOException(e.getMessage(), e);
         }
         AgentMain.log.info("shell returncode:" + returncode);
         return;
     }
 }

这种做法破坏了面向对象编程的原则，不过我觉得面向对象和面向过程，函数式编程都是工具，不是宗教，不需要严格的遵守，如果发现了更适合自己的工具，不用去死守原则。

2. 不可变对象

所有字段都设置成final的，只许赋值一次，保证对象不会被改变

 /**
  *
  * @author leo
  *
  */
 public class TaskData {
     public TaskData(long taskId, String pkgName,Date updatedAt) {
         this.taskId = taskId;
         this.pkgName = pkgName;
         if (updatedAt == null) {
             SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
             try {
                 updatedAt =  sdf.parse("2001-01-01 01:01:01");
             } catch (ParseException e) {
                 Main.log.error(e);
             }
         }
         this.updatedAt = updatedAt;

     }
     public final long taskId;
     public final String pkgName;
     /**最后一次处理的时间*/
     public final Date updatedAt;
     public final Date now = new Date();

     @Override
     public String toString() {
         return "TaskData[taskId:" + this.taskId + ",pkgName:" + this.pkgName + "]";
     }
 }

这是一种极端的防止副作用出现的做法，实际应用中可以做些妥协，自己意识到就好了。

3. 考究的设计，克制的写代码

呵呵，这一条好像跟废话一样。不管是面向什么编程模式，软件设计本身更重要，没有好的设计抽象，不可能写出好代码，架构代码和业务代码要有清晰的划分，业务和业务之间的代码尽量的减少耦合，不要写出有千丝万缕联系的代码， 这些都是设计的原则， 无副作用编程 也一样，只是一个帮助做出好设计的编程原则， 我一直觉得，设计就是约束， 好的设计，就是要不断的给整个系统的代码添加约束，某个地方，不能做什么，某个地方，只能做什么， 如果没有约束，谁谁都可以上天入地，这不可能是一个好维护的软件。

关于设计，我给不出具体的代码，对自己代码有追求的人，会不断提高自己做设计的能力，没有追求的人，你手把手教他他都会觉得你烦。

关于无副作用编程，感觉想说的不少，能说清楚的不多，建议写java的同学们能学一门动态语言或者函数式编程的语言，比如ruby python clojure，有挺多值得我们借鉴，欢迎拍砖，等有新想法了我再来完善。

原文地址：http://www.cnblogs.com/zdcin/p/3179530.html