Java Immutable

一、什么是Java Immutable

Java Immutable是指不可改变的对象，一旦创建之后就不能被改变。Immutable可以提高并发程序的安全性和性能，因为多个线程同时访问不可变对象是安全的。
在Java中，有许多基础类和常用工具类都是Immutable的，比如String、Integer、Double等基础类。

示例代码：

String str = "Hello World";
str = str + "!"; // 这里实际上是创建了一个新的字符串对象，而原来的“Hello World”仍然不变

二、如何创建Java Immutable对象

Java中有多种方式可以创建Immutable对象，以下是其中较为常用的几种：

1. 构造函数
   在构造函数中初始化所有的属性，并将所有属性设置为final，这样对象就无法被改变。

示例代码：

public class Person {
    private final String name;
    private final int age;
    
    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    
    // 省略 getter 方法
}

2. 静态工厂方法
   可以通过静态工厂方法创建Immutable对象，这种方式比构造函数更加灵活。

示例代码：

public class Color {
    private int red;
    private int green;
    private int blue;
    
    private Color(int r, int g, int b) {
        red = r;
        green = g;
        blue = b;
    }
    
    public static Color fromRGB(int r, int g, int b) {
        return new Color(r, g, b);
    }
    
    // 省略 getter 方法
}

三、Java Immutable的优缺点

1. 优点
   a. 线程安全
   Immutable对象在多线程环境下是安全的，因为它们不可变，没有线程会修改它们。
   b. 缓存Hash
   Immutable对象通常都有一个缓存的hash值，这样可以提高哈希表等数据结构的查找速度。
   c. 合并效率高
   如果需要合并多个Immutable对象，只需要创建一个新的Immutable对象，然后将旧的对象复制到新的对象中即可。
2. 缺点
   a. 内存占用较高 因为每次修改Immutable对象都需要创建一个新的对象，所以会占用更多的内存。 b. 不易扩展 Immutable对象通常都是由多个final属性组成的，如果需要添加或者删除一个属性，那么就需要创建一个全新的对象。

四、Java Immutable的应用场景

Java Immutable适用于以下场景：

1. 大量重复字符串的场景 在大量重复字符串的场景下，可以使用String.intern()方法将字符串放入常量池中。
2. 多线程共享对象的场景 在多线程共享对象的场景下，采用Immutable对象可以避免因多线程修改同一个对象而导致的并发问题。
3. 数据库连接等资源共享的场景 在共享类似数据库连接等资源的场景下，使用Immutable对象可以保证资源安全不被多线程错误使用。

五、Java Immutable的注意事项

1. final属性和对象引用的区别
   Java中final属性是指属性的值无法被修改，而final对象引用则是指引用指向的对象无法改变。因此，如果一个对象是Immutable的，那么它的所有属性都应该是final的，但这不代表这个对象的引用也是final的。

示例代码：

public class Car {
    private final String name;
    private final Engine engine;
    
    public Car(String name, Engine engine) {
        this.name = name;
        this.engine = engine;
    }
    
    // 只有final修饰的name属性才是不可变的，engine属性指向的对象仍然是可以改变的
    // 如果要把engine也设置为不可变，可以在Engine类中添加final属性
}

2. 防御性拷贝
   在创建Immutable对象时，应该尽可能避免使用可变类型的属性。如果必须使用可变类型的属性，应该在构造函数中对属性进行防御性拷贝，以保证对象无法被外部修改。

示例代码：

public class Book {
    private final String title;
    private final List authorList;
    
    public Book(String title, List<String> authorList) {
        this.title = title;
        this.authorList = new ArrayList<>(authorList); // 防御性拷贝
    }
    
    // 省略 getter 方法
}

什么是防御性拷贝呢（defensive copy）？

先说说可变对象和不可变对象。可变对象就是在对象构造完成之后内部构造会被改变的对象。
一个类可能包含一些方法，使得自己的内部参数被改变，这样调用者可以轻而易举的破坏掉封装，危害很大，这种时候就需要防御性拷贝。

通俗点讲，防御性拷贝的关键就在于不把原本类中的对象提供给调用者，而是创建一个（也就是拷贝一个）跟封装的类中相同的对象返回给调用者，这样，你对这个参数进行修改的时候跟封装类内部的相关参数无关，也就不会改变类中的参数。这就是防御性拷贝。