Java不可变对象(Immutable Objects)

最新推荐文章于 2025-05-29 20:46:53 发布

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本文深入探讨了不可变对象的概念，解释了其在Java平台类库中的应用，特别是通过String类实例来展示不可变对象的特点。文章还讨论了不可变对象的优势，包括线程安全性、无需复制和复用的可能性，并提供了设计不可变类的最佳实践，如声明为final、保护性拷贝等。通过示例代码展示了如何正确设计不可变类，以及在实际应用中遇到的挑战和解决方案。

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什么是不可变对象？
不可变对象(Immutable Objects)即对象一旦被创建，它的状态（即对象属性值）不能被修改。
不可变对象的类即为不可变类(Immutable Class)。Java平台类库中包含的不可变类，如String、基本类型的包装类、BigInteger和BigDecimal。
String类的实例就是典型的不可变对象，每次对对象的修改都将创建一个新的String对象，而原来的对象保持不变。
关于String的不可变更多参见这里

为什么需要不可变对象？好处？
优点：
1.线程安全且不存在同步问题，可以不用被synchronize就在并发环境中共享，也不需要使用额外的锁机制在线程中共享，不需要担心数据会被其它线程修改；
2.当用作类的属性时不需要保护性拷贝；
3.可以将它们缓存起来重复使用
缺点：
创建对象的开销，如经常对字符串进行修改，产生的对象驻留在内存引起很大的内存开销

怎么设计不可变类(Immutable Class)？

将类声明为final, 不能被继承,或使用静态工厂并声明构造器为private,以避免子类改变了父类的immutable特性
所有的属性都应该是final
不要提供任何可以修改对象状态的方法 - 不仅仅是set方法, 还有任何其它可以改变状态的方法
如果类有任何可变对象属性, 那么当它们在类和类的调用者间传递的时候必须被保护性拷贝,返回给客户端对象的拷贝

有时候你要实现的immutable类中可能包含mutable的类，比如java.util.Date,尽管你将其设置成了final的，但是它的值还是可以被修改的，为了避免这个问题，我们建议返回给用户该对象的一个拷贝。

import java.util.Date;
/**
 * Planet是一个不可变类，因为当它构造完成之后没有办法改变它的状态
 */
public final class Planet {
    /**
     * 声明为final的基本类型数据总是不可变的
     */
    private final double fMass;
    /**
     * 不可变的对象属性 (String对象不可变)
     */
    private final String fName;
    /**
     * 可变的对象属性. 在这种情况下, 这个可变属性只能被这个类改变。
     * (在其它情况下, 允许在原生类外部改变一个属性是很有意义的;
     * 这种情况就是当属性作为其它地方创建的一个对象引用)
     */
    private final Date fDateOfDiscovery;
    public Planet(double aMass, String aName, Date aDateOfDiscovery) {
        fMass = aMass;
        fName = aName;
        //创建aDateOfDiscovery的一个私有拷贝
        //这是保持fDateOfDiscovery属性为private的唯一方式, 并且保护这个
        //类不受调用者对于原始aDateOfDiscovery对象所做任何改变的影响
        fDateOfDiscovery = new Date(aDateOfDiscovery.getTime());
    }
    /**
     * 返回一个基本类型值.
     *
     * 调用者可以随意改变返回值,但是不会影响类内部。
     */
    public double getMass() {
        return fMass;
    }
    /**
     * 返回一个不可变对象
     *
     * 调用者得到内部属性的一个直接引用. 由于String是不可变的所以没什么影响
     */
    public String getName() {
        return fName;
    }
// /**
// * 返回一个可变对象 - 不是一个好的方式.
// *
// * 调用者得到内部属性的一个直接引用. 这通常很危险,因为Date对象既可以
// * 被这个类改变也可以被它的调用者改变.即,类不再对fDate拥有绝对的控制。
// */
// public Date getDateOfDiscovery() {
// return fDateOfDiscovery;
// }
    /**
     * 返回一个可变对象 - 好的方式.
     *
     * 返回属性的一个保护性拷贝.调用者可以任意改变返回的Date对象,但是不会
     * 影响类的内部.为什么? 因为它们没有fDate的一个引用. 更准确的说, 它们
     * 使用的是和fDate有着相同数据的另一个Date对象
     */
    public Date getDateOfDiscovery() {
        return new Date(fDateOfDiscovery.getTime());
    }
    /**
     * 测试方法
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        Planet planet = new Planet(1.0D, "earth", new Date());
        Date date = planet.getDateOfDiscovery();
        date.setTime(111111111L);
        System.out.println("the value of fDateOfDiscovery of internal class : " + planet.fDateOfDiscovery.getTime());
        System.out.println("the value of date after change its value : " + date.getTime());
    }

运行结果如下：

 the value of fDateOfDiscovery of internal class : 1393943752205
 the value of date after change its value : 111111111

参考：
http://my.oschina.net/jackieyeah/blog/205198?fromerr=yJ78hGIV
http://my.oschina.net/jasonultimate/blog/166810?fromerr=J2n1Za00