为数不多的人知道的 Kotlin 技巧以及 原理解析(二)

程序员DHL
8,910 阅读13分钟

文章中没有奇淫技巧，都是一些在实际开发中常用，但很容易被我们忽略的一些常见问题，源于平时的总结，这篇文章主要对这些常见问题进行分析。

之前分享过一篇文章 为数不多的人知道的 Kotlin 技巧以及 原理解析 主要分析了一些让人傻傻分不清楚的操作符的原理。

这篇文章主要分析一些常见问题的解决方案，如果使用不当会对 性能 和 内存 造成的那些影响以及如何规避这些问题，文章中涉及的案例来自 Kotlin 官方、Stackoverflow、Medium 等等网站，都是平时看到，然后进行汇总和分析。

通过这篇文章你将学习到以下内容：

  • 使用 toLowerCase 和 toUpperCase 等等方法会造成那些影响？
  • 如何优雅的处理空字符串？
  • 为什么解构声明和数据类不能在一起使用？
  • Kotlin 提供的高效的文件处理方法，以及原理解析？
  • Sequence 和 Iterator 有那些不同之处？
  • 便捷的 joinToString 方法的使用？
  • 如何用一行代码实现移除字符串的前缀和后缀？

尽量少使用 toLowerCase 和 toUpperCase 方法

当我们比较两个字符串，需要忽略大小写的时候，通常的写法是调用 toLowerCase() 方法或者 toUpperCase() 方法转换成大写或者小写，然后在进行比较，但是这样的话有一个不好的地方，每次调用 toLowerCase() 方法或者 toUpperCase() 方法会创建一个新的字符串，然后在进行比较。

调用 toLowerCase() 方法

fun main(args: Array<String>) {
//    use toLowerCase()
    val oldName = "Hi dHL"
    val newName = "hi Dhl"
    val result = oldName.toLowerCase() == newName.toLowerCase()

//    or use toUpperCase()
//    val result = oldName.toUpperCase() == newName.toUpperCase()
}

toLowerCase() 编译之后的 Java 代码

如上图所示首先会生成一个新的字符串，然后在进行字符串比较，那么 toUpperCase() 方法也是一样的如下图所示。

toUpperCase() 编译之后的 Java 代码

这里有一个更好的解决方案，使用 equals 方法来比较两个字符串，添加可选参数 ignoreCase 来忽略大小写，这样就不需要分配任何新的字符串来进行比较了。

fun main(args: Array<String>) {
    val oldName = "hi DHL"
    val newName = "hi dhl"
    val result = oldName.equals(newName, ignoreCase = true)
}

equals 编译之后的 Java 代码

使用 equals 方法并没有创建额外的对象，如果遇到需要比较字符串的时候，可以使用这种方法，减少额外的对象创建。

如何优雅的处理空字符串

当字符串为空字符串的时候，返回一个默认值，常见的写法如下所示：

val target = ""
val name = if (target.isEmpty()) "dhl" else target

其实有一个更简洁的方法，可读性更强，使用 ifEmpty 方法，当字符串为空字符串时，返回一个默认值，如下所示。

val name = target.ifEmpty { "dhl" }

其原理跟我们使用 if 表达式是一样的，来分析一下源码。

public inline fun <C, R> C.ifEmpty(defaultValue: () -> R): R where C : CharSequence, C : R =
    if (isEmpty()) defaultValue() else this

ifEmpty 方法是一个扩展方法，接受一个 lambda 表达式 defaultValue ，如果是空字符串，返回 defaultValue，否则不为空，返回调用者本身。

除了 ifEmpty 方法，Kotlin 库中还封装很多其他非常有用的字符串，例如：将字符串转为数字。常见的写法如下所示：

val input = "123"
val number = input.toInt()

其实这种写法存在一定问题，假设输入字符串并不是纯数字，例如 123ddd 等等，调用 input.toInt() 就会报错，那么有没有更好的写法呢？如下所示。

val input = "123"
//    val input = "123ddd"
//    val input = ""
val number = input.toIntOrNull() ?: 0

避免将解构声明和数据类一起使用

这是 Kotlin 团队一个建议：避免将解构声明和数据类一起使用，如果以后往数据类添加新的属性，很容易破坏代码的结构。我们一起来思考一下，为什么 Kotlin 官方会这么说，我先来看一个例子：数据类和解构声明的使用。

// 数据类
data class People(
        val name: String,
        val city: String
)

fun main(args: Array<String>) {
    // 编译测试
    printlnPeople(People("dhl", "beijing"))
}

fun printlnPeople(people: People) {
    // 解构声明，获取 name 和 city 并将其输出
    val (name, city) = people
    println("name: ${name}")
    println("city: ${city}")
}

输出结果如下所示：

name: dhl
city: beijing

随着需求的变更，需要给数据类 People 添加一个新的属性 age。

// 数据类，增加了 age
data class People(
        val name: String,
        val age: Int,
        val city: String
)

fun main(args: Array<String>) {
    // 编译测试
    printlnPeople(People("dhl", 80, "beijing"))
}

此时没有更改解构声明，也不会有任何错误，编译输出结果如下所示：

name: dhl
city: 80

得到的结果并不是我们期望的，此时我们不得不更改解构声明的地方，如果代码中有多处用到了解构声明，因为增加了新的属性，就要去更改所有使用解构声明的地方，这明显是不合理的，很容易破坏代码的结构，所以一定要避免将解构声明和数据类一起使用。当我们使用不规范的时候，并且编译器也会给出警告，如下图所示。

文件的扩展方法

Kotlin 提供了很多文件扩展方法 Extensions for java.io.Reade ：forEachLine 、 readLines 、 readText 、 useLines 等等方法，帮助我们简化文件的操作，而且使用完成之后，它们会自动关闭，例如 useLines 方法：

File("dhl.txt").useLines { line ->
    println(line)
}

useLines 是 File 的扩展方法，调用 useLines 会返回一个文件中所有行的 Sequence，当文件内容读取完毕之后，它会自动关闭，其源码如下。

public inline fun <T> File.useLines(charset: Charset = Charsets.UTF_8, block: (Sequence<String>) -> T): T =
    bufferedReader(charset).use { block(it.lineSequence()) }
  • useLines 是 File 的一个扩展方法
  • useLines 接受一个 lambda 表达式 block
  • 调用了 BufferedReader 读取文件内容，之后调用 block 返回文件中所有行的 Sequence 给调用者

那它是如何在读取完毕自动关闭的呢，核心在 use 方法里面，在 useLines 方法内部调用了 use 方法，use 方法也是一个扩展方法，源码如下所示。

public inline fun <T : Closeable?, R> T.use(block: (T) -> R): R {
    var exception: Throwable? = null
    try {
        return block(this)
    } catch (e: Throwable) {
        exception = e
        throw e
    } finally {
        when {
            apiVersionIsAtLeast(1, 1, 0) -> this.closeFinally(exception)
            this == null -> {}
            exception == null -> close()
            else ->
                try {
                    close()
                } catch (closeException: Throwable) {
                    // cause.addSuppressed(closeException) // ignored here
                }
        }
    }
}

其实很简单，调用 try...catch...finally 最后在 finally 内部进行 close。其实我们也可以根据源码实现一个通用的异常捕获方法。

inline fun <T, R> T.dowithTry(block: (T) -> R) {
    try {
        block(this)
    } catch (e: Throwable) {
        e.printStackTrace()
    }
}

// 使用方式
dowithTry {
    // 添加会出现异常的代码, 例如
    val result = 1 / 0
}

当然这只是一个非常简单的异常捕获方法，在实际项目中还有很多需要去处理的，比如说异常信息需不需要返回给调用者等等。

在上文中提到了调用 useLines 方法返回一个文件中所有行的 Sequence，为什么 Kolin 会返回 Sequence，而不返回 Iterator？

Sequence 和 Iterator 不同之处

为什么 Kolin 会返回 Sequence，而不返回 Iterator？其实这个核心原因由于 Sequence 和 Iterator 实现不同导致 内存 和 性能 有很大的差异。

接下来我们围绕这两个方面来分析它们的性能，Sequences(序列) 和 Iterator(迭代器) 都是一个比较大的概念，本文的目的不是去分析它们，所以在这里不会去详细分析 Sequence 和 Iterator，只会围绕着 内存 和 性能 两个方面去分析它们的区别，让我们有一个直观的印象。更多信息可以查看国外一位大神写的文章 Prefer Sequence for big collections with more than one processing step。

Sequence 和 Iterator 从代码结构上来看，它们非常的相似如下所示：

interface Iterable<out T> {
    operator fun iterator(): Iterator<T>
}

interface Sequence<out T> {
    operator fun iterator(): Iterator<T>
}

除了代码结构之外，Sequences(序列) 和 Iterator(迭代器) 它们的实现完全不一样。

Sequences(序列)

Sequences 是属于懒加载操作类型，在 Sequences 处理过程中，每一个中间操作不会进行任何计算，它们只会返回一个新的 Sequence，经过一系列中间操作之后，会在末端操作 toList 或 count 等等方法中进行最终的求职运算，如下图所示。

在 Sequences 处理过程中，会对单个元素进行一系列操作，然后在对下一个元素进行一系列操作，直到所有元素处理完毕。

val data = (1..3).asSequence()
        .filter { print("F$it, "); it % 2 == 1 }
        .map { print("M$it, "); it * 2 }
        .forEach { print("E$it, ") }
println(data)

// 输出 F1, M1, E2, F2, F3, M3, E6

Sequences

如上所示：在 Sequences 处理过程中，对 1 进行一系列操作输出 F1, M1, E2, 然后对 2 进行一系列操作，依次类推，直到所有元素处理完毕，输出结果为 F1, M1, E2, F2, F3, M3, E6。

在 Sequences 处理过程中，每一个中间操作（ map、filter 等等 ）不进行任何计算，只有在末端操作（ toList、count、forEach 等等方法 ） 进行求值运算，如何区分是中间操作还是末端操作，看方法的返回类型，中间操作返回的是 Sequence，末端操作返回的是一个具体的类型（ List、int、Unit 等等 ）源码如下所示。

// 中间操作 map ，返回的是  Sequence
public fun <T, R> Sequence<T>.map(transform: (T) -> R): Sequence<R> {
    return TransformingSequence(this, transform)
}

// 末端操作 toList 返回的是一个具体的类型（List）
public fun <T> Sequence<T>.toList(): List<T> {
    return this.toMutableList().optimizeReadOnlyList()
}

// 末端操作 forEachIndexed 返回的是一个具体的类型（Unit）
public inline fun <T> Sequence<T>.forEachIndexed(action: (index: Int, T) -> Unit): Unit {
    var index = 0
    for (item in this) action(checkIndexOverflow(index++), item)
}
  • 如果是中间操作 map、filter 等等，它们返回的是一个 Sequence，不会进行任何计算
  • 如果是末端操作 toList、count、forEachIndexed 等等，返回的是一个具体的类型（ List、int、Unit 等等 ），会做求值运算

Iterator(迭代器)

在 Iterator 处理过程中，每一次的操作都是对整个数据进行操作，需要开辟新的内存来存储中间结果，将结果传递给下一个操作，代码如下所示：

val data = (1..3).asIterable()
        .filter { print("F$it, "); it % 2 == 1 }
        .map { print("M$it, "); it * 2 }
        .forEach { print("E$it, ") }
println(data)

// 输出 F1, F2, F3, M1, M3, E2, E6

Iterator

如上所示：在 Iterator 处理过程中，调用 filter 方法对整个数据进行操作输出 F1, F2, F3，将结果存储到 List 中, 然后将结果传递给下一个操作 （ map ） 输出 M1, M3 将新的结果在存储的 List 中, 直到所有操作处理完毕。

// 每次操作都会开辟一块新的空间，存储计算的结果
public inline fun <T> Iterable<T>.filter(predicate: (T) -> Boolean): List<T> {
    return filterTo(ArrayList<T>(), predicate)
}

// 每次操作都会开辟一块新的空间，存储计算的结果
public inline fun <T, R> Iterable<T>.map(transform: (T) -> R): List<R> {
    return mapTo(ArrayList<R>(collectionSizeOrDefault(10)), transform)
}

对于每次操作都会开辟一块新的空间，存储计算的结果，这是对内存极大的浪费，我们往往只关心最后的结果，而不是中间的过程。

了解完 Sequences 和 Iterator 不同之处，接下里我们从 性能 和 内存 两个方面来分析 Sequences 和 Iterator。

Sequences 和 Iterator 性能对比

分别使用 Sequences 和 Iterator 调用它们各自的 filter、map 方法，处理相同的数据的情况下，比较它们的执行时间。

使用 Sequences ：

val time = measureTimeMillis {
    (1..10000000 * 10).asSequence()
            .filter { it % 2 == 1 }
            .map { it * 2 }
            .count()
}

println(time) // 1197

使用 Iterator ：

val time2 = measureTimeMillis {
    (1..10000000 * 10).asIterable()
            .filter { it % 2 == 1 }
            .map { it * 2 }
            .count()
}

println(time2) // 23641

Sequences 和 Iterator 处理时间如下所示：

SequencesIterator
119723641

这个结果是很让人吃惊的，Sequences 比 Iterator 快 19 倍，如果数据量越大，它们的时间差距会越来越大，当我们在读取文件的时候，可能会进行一系列的数据操作 drop、filter 等等，所以 Kotlin 库函数 useLines 等等方法会返回 Sequences，因为它们更加的高效。

Sequences 和 Iterator 内存对比

这里使用了 Prefer Sequence for big collections with more than one processing step 文章的一个例子。

有 1.53 GB 犯罪分子的数据存储在文件中，从文件中找出有多少犯罪分子携带大麻，分别使用 Sequences 和 Iterator，我们先来看一下如果使用 Iterator 处理会怎么样（这里调用 readLines 函返回 List<String>）

File("ChicagoCrimes.csv").readLines()
   .drop(1) // Drop descriptions of the columns
   .mapNotNull { it.split(",").getOrNull(6) } 
    // Find description
   .filter { "CANNABIS" in it } 
   .count()
   .let(::println)

运行完之后，你将会得到一个意想不到的结果 OutOfMemoryError

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

调用 readLines 函返回一个集合，有 3 个中间操作，每一个中间操作都需要一块空间存储 1.53 GB 的数据，它们需要占用超过 4.59 GB 的空间，每次操作都开辟了一块新的空间，这是对内存巨大浪费。如果我们使用序列 Sequences 会怎么样呢?（调用 useLines 方法返回的是一个 Sequences）。

File("ChicagoCrimes.csv").useLines { lines ->
// The type of `lines` is Sequence<String>
   lines
       .drop(1) // Drop descriptions of the columns
       .mapNotNull { it.split(",").getOrNull(6) } 
       // Find description
       .filter { "CANNABIS" in it } 
       .count()
       .let { println(it) } // 318185

没有出现 OutOfMemoryError 异常，共耗时 8.3 s，由此可见对于文件操作使用序列不仅能提高性能，还能减少内存的使用，从性能和内存这两面也解释了为什么 Kotlin 库的扩展方法 useLines 等等，读取文件的时候使用 Sequences 而不使用 Iterator。

便捷的 joinToString 方法的使用

joinToString 方法提供了一组丰富的可选择项（ 分隔符，前缀，后缀，数量限制等等 ）可用于将可迭代对象转换为字符串。

val data = listOf("Java", "Kotlin", "C++", "Python")
        .joinToString(
                separator = " | ",
                prefix = "{",
                postfix = "}"
        ) {
            it.toUpperCase()
        }

println(data) // {JAVA | KOTLIN | C++ | PYTHON}

这是很常见的用法，将集合转换成字符串，高效利用便捷的joinToString 方法，开发的时候事半功倍，既然可以添加前缀，后缀，那么可以移除它们吗? 可以的，Kotlin 库函数提供了一些方法，帮助我们实现，如下代码所示。

var data = "**hi dhl**"

// 移除前缀
println(data.removePrefix("**")) //  hi dhl**
// 移除后缀
println(data.removeSuffix("**")) //  **hi dhl
// 移除前缀和后缀
println(data.removeSurrounding("**")) // hi dhl

// 返回第一次出现分隔符后的字符串
println(data.substringAfter("**")) // hi dhl**
// 如果没有找到，返回原始字符串
println(data.substringAfter("--")) // **hi dhl**
// 如果没有找到，返回默认字符串 "no match"
println(data.substringAfter("--","no match")) // no match

data = "{JAVA | KOTLIN | C++ | PYTHON}"

// 移除前缀和后缀
println(data.removeSurrounding("{", "}")) // JAVA | KOTLIN | C++ | PYTHON

有了这些 Kotlin 库函数，我们就不需要在做 startsWith() 和 endsWith() 的检查了，如果让我们自己来实现上面的功能，我们需要花多少行代码去实现呢，一起来看一下 Kotlin 源码是如何实现的，上面的操作符最终都会调用以下代码，进行字符串的检查和截取。

public String substring(int beginIndex, int endIndex) {
    if (beginIndex < 0) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(beginIndex);
    }
    if (endIndex > value.length) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(endIndex);
    }
    int subLen = endIndex - beginIndex;
    if (subLen < 0) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(subLen);
    }
    return ((beginIndex == 0) && (endIndex == value.length)) ? this
            : new String(value, beginIndex, subLen);
}

参考源码的实现，如果以后遇到类似的需求，但是 Kotlin 库函数有无法满足我们，我们可以以源码为基础进行扩展。

全文到这里就结束了，Kotlin 的强大不止于此，后面还会分享更多的技巧，在 Kotlin 的道路上还有很多实用的技巧等着我们一起来探索。

结语

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