手?jǐn)]了一個Java的不可變對象，很哇塞！
二哥，你能給我說說為什么 String 是 immutable 類（不可變對象）嗎？我想研究它，想知道為什么它就不可變了，這種強(qiáng)烈的愿望就像想研究浩瀚的星空一樣。但無奈自身功力有限，始終覺得霧里看花終隔一層。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？
收到讀者小 R 的私信后，我就總感覺自己有一種義不容辭的責(zé)任，非要把 immutable 類說明白不可！
https://github.com/itwanger/toBeBetterJavaer
01、什么是不可變類
一個類的對象在通過構(gòu)造方法創(chuàng)建后如果狀態(tài)不會再被改變，那么它就是一個不可變（immutable）類。它的所有成員變量的賦值僅在構(gòu)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(guān)閉了。別較真那個密道，我這么說只是為了打開你的想象力，讓你對不可變類有一個更直觀的印象。
自從有了多線程，生產(chǎn)力就被無限地放大了，所有的程序員都愛它，因為強(qiáng)大的硬件能力被充分地利用了。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(tài)變得混亂不堪。
為了保護(hù)狀態(tài)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(guān)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，那么對象的狀態(tài)就也是不可變的。這樣的話，每次修改對象的狀態(tài)，就會產(chǎn)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(dān)心并發(fā)問題了。
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。那為什么 String 類要被設(shè)計成不可變的呢？
1）常量池的需要
字符串常量池是 Java 堆內(nèi)存中一個特殊的存儲區(qū)域，當(dāng)創(chuàng)建一個 String 對象時，假如此字符串在常量池中不存在，那么就創(chuàng)建一個；假如已經(jīng)存，就不會再創(chuàng)建了，而是直接引用已經(jīng)存在的對象。這樣做能夠減少 JVM 的內(nèi)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(chuàng)建的時候，其 hashCode 就被緩存了，因此非常適合作為哈希值（比如說作為 HashMap 的鍵），多次調(diào)用只返回同一個值，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(tài)是可變的，那么在多線程環(huán)境下，就很容易造成不可預(yù)期的結(jié)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(dāng)我們調(diào)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(diào)用 substring() 方法對 cmower 進(jìn)行了截取，但 cmower 的值沒有改變。
除了 String 類，包裝器類 Integer、Long 等也是不可變類。
03、手?jǐn)]不可變類
看懂一個不可變類也許容易，但要創(chuàng)建一個自定義的不可變類恐怕就有點難了。但知難而進(jìn)是我們作為一名優(yōu)秀的程序員不可或缺的品質(zhì)，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，它們就只能在構(gòu)造方法中初始化值，并且不會在隨后被修改。
3）不要提供任何 setter 方法。
4）如果要修改類的狀態(tài)，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(jù)說這個作者分享了很多博客，廣受讀者的喜愛，因此某某出版社找他寫了一本書（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，重寫后的 toString() 方法。然后，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;
????}
}
并在構(gòu)造方法中追加了 Book 參數(shù)，以及 Book 的 getter 方法。
完成以上工作后，我們來新建一個測試類，看看 Writer 類的狀態(tài)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(fā)進(jìn)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(jié)果如下所示：
定價：Book{name='Web全棧開發(fā)進(jìn)階之路',?price=79}
促銷價：Book{name='Web全棧開發(fā)進(jìn)階之路',?price=59}
糟糕，Writer 類的不可變性被破壞了，價格發(fā)生了變化。為了解決這個問題，我們需要為不可變類的定義規(guī)則追加一條內(nèi)容：
如果一個不可變類中包含了可變類的對象，那么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(yīng)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(gòu)造方法初始化后的 Book 對象就不會再被修改了。此時，運(yùn)行 WriterDemo，就會發(fā)現(xiàn)價格不再發(fā)生變化了。
定價：Book{name='Web全棧開發(fā)進(jìn)階之路',?price=79}
促銷價：Book{name='Web全棧開發(fā)進(jìn)階之路',?price=79}
04、總結(jié)
不可變類有很多優(yōu)點，就像之前提到的 String 類那樣，尤其是在多線程環(huán)境下，它非常的安全。盡管每次修改都會創(chuàng)建一個新的對象，增加了內(nèi)存的消耗，但這個缺點相比它帶來的優(yōu)點，顯然是微不足道的——無非就是撿了西瓜，丟了芝麻。
這是《Java 程序員進(jìn)階之路》專欄的第 66 篇。Java 程序員進(jìn)階之路，風(fēng)趣幽默、通俗易懂，對 Java 初學(xué)者極度友好和舒適??，內(nèi)容包括但不限于 Java 語法、Java 集合框架、Java IO、Java 并發(fā)編程、Java 虛擬機(jī)等核心知識點。
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