编程语言历史：聊聊Java最失败的设计：“==”

news2024/9/29 15:35:19

聊聊Java最失败的设计：`==`

Java以其强大的生态系统、丰富的库支持以及跨平台的能力而闻名。但是Java有许多设计在今天看来已经不合时宜，其中最失败的设计非操作符==莫属。我们今天一起探讨==操作符的来龙去脉，失败在哪，为什么会失败的问题。

首先，我们先了解==操作符的基本概念。在Java中，==操作符主要用于比较两个变量或表达式是否相等。对于基本数据类型（如int、char等），它直接比较值是否相同。当涉及到对象时，==操作符比较的是两个对象的引用是否指向内存中的同一个位置，而不是这两个对象的内容是否相等。

字符串比较中的陷阱

一个典型的例子就是字符串的比较。假设你有两个字符串，如果和其他语言一样，习惯性地使用==来判断它们是否相等。但这种做法往往会带来错误的结果。比如下面这段代码：

String a = "hello";
String b = "hello";
String c = new String("hello");

System.out.println(a == b); // 输出 true
System.out.println(a == c); // 输出 false

即使a、b和c都包含了相同的字符序列“hello”，但a和b是通过字符串字面量定义的，因此它们共享同一个内存位置，所以a == b返回true。而c是通过new关键字创建的新对象，虽然它的内容与a和b相同，但由于它位于不同的内存位置，因此a == c返回false。

正确的做法应该是使用equals()方法来比较字符串的内容：

System.out.println(a.equals(c)); // 输出 true

性能优化和`==`结合后的坑

当两个Integer对象的值在-128到127之间时，Java为了节省内存会重用这些对象，所以在这个范围内，使用==来比较也会返回true。但是，当数值超出这个范围时，即使数值相同，由于每个对象都是独立创建的，==比较也会返回false。

Integer a = 100; // 自动装箱
Integer b = 100;
System.out.println(a == b); // true, 因为在-128至127之间的值会被重用

Integer c = 1000; // 自动装箱
Integer d = 1000;
System.out.println(c == d); // false, 每个对象都在堆上单独创建

在这个例子中，a和b都表示数字100，但它们是否相等取决于它们的值是否在-128到127之间。如果是的话，a == b会返回true，因为Java对这个区间内的整数进行了缓存。然而，如果值超出了这个范围，即使它们的值相同，==也会返回false。

最佳实践

为了避免这些问题，我们一般遵循的一些最佳实践包括：

使用equals()方法：当你想比较两个对象的内容是否相等时，应该使用equals()方法，而不是==。
注意自动装箱的细节：对于包装类对象，要特别留意自动装箱的机制，特别是在进行对象引用比较的时候。
保持意图明确：编写代码时要尽量清晰地表达你的意图，比如使用Objects.equals()方法来处理可能为null的对象，使代码更安全、更易读。
编写单元测试：编写单元测试以验证逻辑，确保在各种情况下都能正确地比较对象。

JVM中其他语言纷纷改进了`==`的语义

Kotlin：智能的`==`比较

Kotlin是近年来非常受欢迎的一种现代编程语言，它直接运行在JVM上，并且可以与Java无缝集成。Kotlin的设计者们意识到了==操作符在Java中的局限性，并对其进行了改进。在Kotlin中，==操作符默认是比较对象的内容，而不是引用。因此，当你使用==来比较两个字符串或其他对象时，它实际上调用的是equals()方法来进行比较，而不是简单的引用比较。而Kotlin给予===严格相等的含义，这个设计与Java的==相似，但又不完全一样。

例如，在Kotlin中：

val a: String = "hello"
val b: String = "hello"
val c = "hello"

println(a == b) // 输出 true
println(a == c) // 输出 true

这里的a和b是通过不同的方式初始化的，但是它们的内容是一样的，因此a == b返回true。同样，a和c也是内容相同的不同对象，所以a == c同样返回true。

Groovy：灵活的`==`比较

Groovy是另一种在JVM上运行的动态语言，它也提供了一个更加灵活的==操作符实现。在Groovy中，默认情况下==操作符的行为类似于Java，但是Groovy允许用户通过元编程技术来自定义对象的比较行为。或者覆盖对象的equals()方法，因为当使用==比较对象时，Groovy会调用equals()方法来确定两个对象是否相等。如果需要改变默认的行为，可以在类中覆盖equals()方法。
这使得开发者可以根据自己的需求来定制==操作符的行为，使其更加符合业务逻辑的需求。

Scala：多重比较机制

Scala是一种兼具面向对象和函数式编程特性的语言，它在JVM上运行并且提供了多种比较机制。Scala中，默认情况下==操作符用于比较对象的内容，与Kotlin类似。此外，Scala还提供了eq方法来专门比较对象的引用。

例如：

val a: String = "hello"
val b: String = "hello"
val c = new String("hello")

println(a == b) // 输出 true
println(a == c) // 输出 false
println(a eq b) // 输出 true
println(a eq c) // 输出 false

在这里，==用于比较内容，而eq用于比较引用，这样可以更加清晰地区分两种不同的比较方式。

当时为什么Java当时要这样设计？

Java作为一种面向对象的编程语言，自诞生之初就旨在提供一种统一的、跨平台的编程模型。在Java的设计初期，很多决策都是基于当时的技术环境和对未来发展的预期。对于==操作符的设计，其初衷是为了提供一种快速且直观的方式来比较对象的引用。这种设计背后有几个重要的考虑因素：

受C/C++影响

Java的设计受到C/C++的影响较大，这两种语言中的==操作符都用来比较值或引用，而不是内容。继承这一设计可以让熟悉C/C++的开发者更容易过渡到Java。这也是Java这样设计的直接原因。
但C++与Java完全不同，C++开发者经常需要处理引用和值的区别，而且C++有强大的运算符重载能力，没有自动装拆箱，很好地规避了这个设计带来的缺陷。