Java中实现对象唯一性管理：原理、挑战与实践

import java.util.Optional;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
import java.util.Objects;

// 定义不可变的Book记录
// 在实际项目中，如果Book有更多逻辑，可以使用普通类，
// 并确保其构造器不直接暴露，或者通过工厂方法创建。
record Book(int isbn, String title) {
    // 自动生成的构造器、equals、hashCode、toString
    // 也可以手动添加验证逻辑
    public Book {
        Objects.requireNonNull(title, "Title cannot be null");
        if (isbn <= 0) {
            throw new IllegalArgumentException("ISBN must be positive");
        }
    }
}

/**
 * BookSession 类用于管理特定会话中的唯一Book对象实例。
 * 它充当一个工厂，确保相同ISBN的Book对象只存在一个实例。
 */
class BookSession {
    // 使用ConcurrentHashMap来存储Book实例，确保线程安全
    // 键是ISBN，值是Book对象本身（此处不使用WeakReference以简化示例，
    // 但在需要严格内存控制的场景下应考虑）
    private final ConcurrentHashMap<Integer, Book> books = new ConcurrentHashMap<>();

    /**
     * 根据ISBN获取一个Book对象。
     *
     * @param isbn 图书的ISBN。
     * @return 如果存在，则返回包含Book对象的Optional；否则返回空的Optional。
     */
    public Optional<Book> get(int isbn) {
        return Optional.ofNullable(books.get(isbn));
    }

    /**
     * 根据ISBN和标题获取或创建一个Book对象。
     * 如果已存在具有相同ISBN的Book，则返回现有实例；否则创建一个新实例并返回。
     *
     * @param isbn  图书的ISBN。
     * @param title 图书的标题。
     * @return 具有指定ISBN的唯一Book对象实例。
     */
    public Book getOrCreate(int isbn, String title) {
        // computeIfAbsent 是ConcurrentHashMap的一个原子操作，
        // 它会检查键是否存在，如果不存在，则使用提供的函数计算值并放入Map，然后返回该值。
        // 这保证了在并发环境下，对于同一个ISBN，只会创建一次Book对象。
        return books.computeIfAbsent(isbn, (i) -> new Book(i, title));
    }

    // 示例：可以添加其他查询方法，例如按标题查找
    public Optional<Book> findByTitle(String title) {
        return books.values().stream()
                .filter(book -> book.title().equalsIgnoreCase(title))
                .findFirst();
    }
}

// 示例用法
public class UniqueObjectDemo {
    public static void main(String[] args) {
        BookSession session = new BookSession();

        // 第一次获取或创建Book
        Book book1 = session.getOrCreate(123456, "Effective Java");
        System.out.println("Book 1: " + book1); // Book[isbn=123456, title=Effective Java]

        // 再次获取或创建相同ISBN的Book
        Book book2 = session.getOrCreate(123456, "Effective Java (Second Edition)");
        // 注意：这里传入的title可能与第一次不同，但由于ISBN相同，
        // getOrCreate会返回已存在的Book1实例，其title是第一次创建时设置的。
        System.out.println("Book 2: " + book2); // Book[isbn=123456, title=Effective Java]

        // 验证两个对象是否是同一个实例
        System.out.println("Is book1 == book2? " + (book1 == book2)); // true

        // 获取不同ISBN的Book
        Book book3 = session.getOrCreate(789012, "Clean Code");
        System.out.println("Book 3: " + book3); // Book[isbn=789012, title=Clean Code]

        // 验证book1和book3不是同一个实例
        System.out.println("Is book1 == book3? " + (book1 == book3)); // false

        // 尝试通过get方法获取
        Optional<Book> retrievedBook = session.get(123456);
        retrievedBook.ifPresent(book -> System.out.println("Retrieved Book by ISBN 123456: " + book));
        // Retrieved Book by ISBN 123456: Book[isbn=123456, title=Effective Java]

        // 尝试通过findByTitle方法获取
        Optional<Book> bookByTitle = session.findByTitle("Clean Code");
        bookByTitle.ifPresent(book -> System.out.println("Found Book by title 'Clean Code': " + book));
        // Found Book by title 'Clean Code': Book[isbn=789012, title=Clean Code]
    }
}