創建一個Java的不可變對象

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前言：

為什麼 String 是 immutable 類(不可變對象)嗎?我想研究它，想知道為什麼它就不可變瞭，這種強烈的願望就像想研究浩瀚的星空一樣。但無奈自身功力有限，始終覺得霧裡看花終隔一層。二哥你的文章總是充滿趣味性，我想一定能夠說明白，我也一定能夠看明白，能在接下來寫一寫嗎?

https://github.com/itwanger/toBeBetterJavaer

01、什麼是不可變類

一個類的對象在通過構造方法創建後如果狀態不會再被改變，那麼它就是一個不可變(immutable)類。它的所有成員變量的賦值僅在構造方法中完成，不會提供任何 setter 方法供外部類去修改。

還記得《神雕俠侶》中小龍女的古墓嗎?隨著那一聲巨響，僅有的通道就被無情地關閉瞭。別較真那個密道，我這麼說隻是為瞭打開你的想象力，讓你對不可變類有一個更直觀的印象。

自從有瞭多線程，生產力就被無限地放大瞭，所有的程序員都愛它，因為強大的硬件能力被充分地利用瞭。但與此同時，所有的程序員都對它心生忌憚，因為一不小心，多線程就會把對象的狀態變得混亂不堪。

為瞭保護狀態的原子性、可見性、有序性，我們程序員可以說是竭盡所能。其中，synchronized(同步)關鍵字是最簡單最入門的一種解決方案。

假如說類是不可變的，那麼對象的狀態就也是不可變的。這樣的話，每次修改對象的狀態，就會產生一個新的對象供不同的線程使用，我們程序員就不必再擔心並發問題瞭。

02、常見的不可變類

提到不可變類，幾乎所有的程序員第一個想到的，就是 String 類。那為什麼 String 類要被設計成不可變的呢?

1)常量池的需要

字符串常量池是 Java 堆內存中一個特殊的存儲區域，當創建一個 String 對象時，假如此字符串在常量池中不存在，那麼就創建一個;假如已經存，就不會再創建瞭，而是直接引用已經存在的對象。這樣做能夠減少 JVM 的內存開銷，提高效率。

2)hashCode 的需要

因為字符串是不可變的，所以在它創建的時候，其 hashCode 就被緩存瞭，因此非常適合作為哈希值(比如說作為 HashMap 的鍵)，多次調用隻返回同一個值，來提高效率。

3)線程安全

就像之前說的那樣，如果對象的狀態是可變的，那麼在多線程環境下，就很容易造成不可預期的結果。而 String 是不可變的，就可以在多個線程之間共享，不需要同步處理。

因此，當我們調用 String 類的任何方法(比如說 trim() 、substring() 、toLowerCase())時，總會返回一個新的對象，而不影響之前的值。

String cmower = "沉默王二，一枚有趣的程序員"; 
cmower.substring(0,4); 
System.out.println(cmower);// 沉默王二，一枚有趣的程序員

雖然調用 substring() 方法對 cmower 進行瞭截取，但 cmower 的值沒有改變。

除瞭 String 類，包裝器類 Integer、Long 等也是不可變類。

03、手擼不可變類

看懂一個不可變類也許容易，但要創建一個自定義的不可變類恐怕就有點難瞭。但知難而進是我們作為一名優秀的程序員不可或缺的品質，正因為不容易，我們才能真正地掌握它。

接下來，就請和我一起，來自定義一個不可變類吧。一個不可變誒，必須要滿足以下 4 個條件：

  • 1)確保類是 final 的，不允許被其他類繼承。
  • 2)確保所有的成員變量(字段)是 final 的，這樣的話，它們就隻能在構造方法中初始化值，並且不會在隨後被修改。
  • 3)不要提供任何 setter 方法。
  • 4)如果要修改類的狀態，必須返回一個新的對象。

按照以上條件，我們來自定義一個簡單的不可變類 Writer。

public final class Writer { 
    private final String name; 
    private final int age; 
 
    public Writer(String name, int age) { 
        this.name = name; 
        this.age = age; 
    } 
 
    public int getAge() { 
        return age; 
    } 
 
    public String getName() { 
        return name; 
    } 
}

Writer 類是 final 的，name 和 age 也是 final 的，沒有 setter 方法。

OK，據說這個作者分享瞭很多博客，廣受讀者的喜愛，因此某某出版社找他寫瞭一本書(Book)。Book 類是這樣定義的：

public class Book { 
    private String name; 
    private int price; 
 
    public String getName() { 
        return name; 
    } 
 
    public void setName(String name) { 
        this.name = name; 
    } 
 
    public int getPrice() { 
        return price; 
    } 
 
    public void setPrice(int price) { 
        this.price = price; 
    } 
 
    @Override 
    public String toString() { 
        return "Book{" + 
                "name='" + name + '\'' + 
                ", price=" + price + 
                '}'; 
    } 
}

2 個字段，分別是 name 和 price，以及 getter 和 setter，重寫後的 toString() 方法。然後，在 Writer 類中追加一個可變對象字段 book。

public final class Writer { 
    private final String name; 
    private final int age; 
    private final Book book; 
 
    public Writer(String name, int age, Book book) { 
        this.name = name; 
        this.age = age; 
        this.book = book; 
    } 
 
    public int getAge() { 
        return age; 
    } 
 
    public String getName() { 
        return name; 
    } 
 
    public Book getBook() { 
        return book; 
    } 
}

並在構造方法中追加瞭 Book 參數，以及 Book 的 getter 方法。

完成以上工作後，我們來新建一個測試類，看看 Writer 類的狀態是否真的不可變。

public class WriterDemo { 
    public static void main(String[] args) { 
        Book book = new Book(); 
        book.setName("Web全棧開發進階之路"); 
        book.setPrice(79); 
 
        Writer writer = new Writer("沉默王二",18, book); 
        System.out.println("定價：" + writer.getBook()); 
        writer.getBook().setPrice(59); 
        System.out.println("促銷價：" + writer.getBook()); 
    } 
}

程序輸出的結果如下所示：

定價：Book{name=’Web全棧開發進階之路’, price=79}
促銷價：Book{name=’Web全棧開發進階之路’, price=59}

糟糕，Writer 類的不可變性被破壞瞭，價格發生瞭變化。為瞭解決這個問題，我們需要為不可變類的定義規則追加一條內容：

如果一個不可變類中包含瞭可變類的對象，那麼就需要確保返回的是可變對象的副本。也就是說，Writer 類中的 getBook() 方法應該修改為：

public Book getBook() { 
    Book clone = new Book(); 
    clone.setPrice(this.book.getPrice()); 
    clone.setName(this.book.getName()); 
    return clone; 
}

這樣的話，構造方法初始化後的 Book 對象就不會再被修改瞭。此時，運行 WriterDemo，就會發現價格不再發生變化瞭。

定價：Book{name=’Web全棧開發進階之路’, price=79}
促銷價：Book{name=’Web全棧開發進階之路’, price=79}

04、總結

不可變類有很多優點，就像之前提到的 String 類那樣，尤其是在多線程環境下，它非常的安全。盡管每次修改都會創建一個新的對象，增加瞭內存的消耗，但這個缺點相比它帶來的優點，顯然是微不足道的——無非就是撿瞭西瓜，丟瞭芝麻。

到此這篇關於創建一個Java的不可變對象的文章就介紹到這瞭,更多相關Java的不可變對象內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

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