Java 中的资源获取即初始化: 确保安全的资源管理

大约 3 分钟

也称为

RAII
基于范围的资源管理

资源获取即初始化设计模式的意图

通过将资源生命周期与对象生命周期绑定，利用 RAII 模式，确保高效的 Java 资源管理。

资源获取即初始化模式的详细说明，并附有实际案例

实际案例

在汽车租赁服务中，每辆汽车都代表一个资源。使用 RAII 模式，当客户租车（获取资源）时，汽车会被标记为已租用。当客户归还汽车（对象超出范围）时，汽车会自动可供下一个客户使用。这确保了汽车得到适当的管理，无需手动干预即可检查可用性或归还。

通俗易懂

Java 中的 RAII 模式允许进行异常安全的资源管理，确保对关键资源的稳健处理。

维基百科说

资源获取即初始化 (RAII) 是一种在几种面向对象、静态类型编程语言中使用的编程习惯用法，用于描述特定的语言行为。资源分配（或获取）在对象创建（特别是初始化）期间由构造函数完成，而资源释放（释放）在对象销毁（特别是终结）期间由析构函数完成。

RAII 模式在 Java 中的编程示例

RAII 模式是软件设计中常用的习惯用法，其中资源的获取在对象创建（初始化）期间完成，资源的释放则在对象销毁期间完成。这种模式在处理资源泄漏方面特别有用，在编写异常安全的 C++ 代码中至关重要。在 Java 中，RAII 通过 try-with-resources 语句以及 java.io.Closeable 和 AutoCloseable 接口实现。

// This is an example of a resource class that implements the AutoCloseable interface.
// The resource is acquired in the constructor and released in the close method.

@Slf4j
public class SlidingDoor implements AutoCloseable {

  public SlidingDoor() {
    LOGGER.info("Sliding door opens."); // Resource acquisition is done here
  }

  @Override
  public void close() {
    LOGGER.info("Sliding door closes."); // Resource release is done here
  }
}

在上面的代码中，SlidingDoor 是一个实现了 AutoCloseable 接口的资源。资源（在本例中是门）在构造函数中被“获取”（门被打开），并在 close 方法中被“释放”（门被关闭）。

// This is another example of a resource class that implements the Closeable interface.
// The resource is acquired in the constructor and released in the close method.

@Slf4j
public class TreasureChest implements Closeable {

  public TreasureChest() {
    LOGGER.info("Treasure chest opens."); // Resource acquisition is done here
  }

  @Override
  public void close() {
    LOGGER.info("Treasure chest closes."); // Resource release is done here
  }
}

类似地，TreasureChest 是另一个实现了 Closeable 接口的资源。资源（宝箱）在构造函数中被“获取”（宝箱被打开），并在 close 方法中被“释放”（宝箱被关闭）。

// This is an example of how to use the RAII pattern in Java using the try-with-resources statement.

@Slf4j
public class App {

  public static void main(String[] args) {

    try (var ignored = new SlidingDoor()) {
      LOGGER.info("Walking in.");
    }

    try (var ignored = new TreasureChest()) {
      LOGGER.info("Looting contents.");
    }
  }
}

在 App 类的 main 方法中，我们看到了 RAII 模式的实际应用。try-with-resources 语句用于确保每个资源都在语句结束时关闭。这就是 AutoCloseable 或 Closeable 接口发挥作用的地方。当 try 块退出（正常退出或通过异常退出）时，资源的 close 方法会自动调用，从而确保资源被正确释放。

控制台输出

10:07:14.833 [main] INFO com.iluwatar.resource.acquisition.is.initialization.SlidingDoor -- Sliding door opens.
10:07:14.835 [main] INFO com.iluwatar.resource.acquisition.is.initialization.App -- Walking in.
10:07:14.835 [main] INFO com.iluwatar.resource.acquisition.is.initialization.SlidingDoor -- Sliding door closes.
10:07:14.835 [main] INFO com.iluwatar.resource.acquisition.is.initialization.TreasureChest -- Treasure chest opens.
10:07:14.835 [main] INFO com.iluwatar.resource.acquisition.is.initialization.App -- Looting contents.
10:07:14.835 [main] INFO com.iluwatar.resource.acquisition.is.initialization.TreasureChest -- Treasure chest closes.

何时在 Java 中使用资源获取即初始化模式

在 Java 应用程序中实现 RAII，以无缝管理诸如文件句柄、网络连接和内存等基本资源。
适用于需要确定性资源管理的环境，例如实时系统或资源限制严格的应用程序。

RAII 模式在 Java 中的实际应用

Java try-with-resources 语句：确保资源在语句结束时自动关闭。
数据库连接：使用连接池，在范围开始时获取连接，并在范围结束时释放连接。
文件 I/O：使用 try-with-resources 自动关闭文件。

资源获取即初始化模式的优缺点

优点

自动且确定的资源管理。
降低了资源泄漏的可能性。
通过清晰地定义资源使用范围，增强了代码可读性和可维护性。

缺点

可能会增加理解对象生命周期的复杂性。
需要仔细设计，以确保所有资源都被正确封装。

对象池: 管理可重用对象池，以优化资源分配和性能，通常用于创建和管理成本高昂的资源。