如何创建不可变的Java类或对象

在学习编程的过程中，我觉得不止要获得课本的知识，更多的是通过学习技术知识提高解决问题的能力，这样我们才能走在最前方，本文主要讲述如何创建不可变的Java类或对象，更多Java专业知识，广州疯狂java培训官网与你分享;

　　immutable Objects就是那些一旦被创建，它们的状态就不能被改变的Objects，每次对他们的改变都是产生了新的immutable的对象，而mutable Objects就是那些创建后，状态可以被改变的Objects.

　　举个例子：String和StringBuilder，String是immutable的，每次对于String对象的修改都将产生一个新的String对象，而原来的对象保持不变，而StringBuilder是mutable，因为每次对于它的对象的修改都作用于该对象本身，并没有产生新的对象。

　　但有的时候String的immutable特性也会引起安全问题，这就是密码应该存放在字符数组中而不是String中的原因!

　　immutable objects 比传统的mutable对象在多线程应用中更具有优势，它不仅能够保证对象的状态不被改变，而且还可以不使用锁机制就能被其他线程共享。

　　实际上JDK本身就自带了一些immutable类，比如String，Integer以及其他包装类。为什么说String是immutable的呢?比如：java.lang.String 的trim，uppercase,substring等方法，它们返回的都是新的String对象，而并不是直接修改原来的对象。

　　如何在Java中写出Immutable的类?

　　要写出这样的类，需要遵循以下几个原则：

　　1)immutable对象的状态在创建之后就不能发生改变，任何对它的改变都应该产生一个新的对象。

　　2)Immutable类的所有的属性都应该是final的。

　　3)对象必须被正确的创建，比如：对象引用在对象创建过程中不能泄露(leak)。

　　4)对象应该是fianl的，以此来限制子类继承父类，以避免子类改变了父类的immutable特性。

　　5)如果类中包含mutable类对象，那么返回给客户端的时候，返回该对象的一个拷贝，而不是该对象本身(该条可以归为第一条中的一个特例)

　　当然不完全遵守上面的原则也能够创建immutable的类，比如String的hashcode就不是final的，但它能保证每次调用它的值都是一致的，无论你多少次计算这个值，它都是一致的，因为这些值的是通过计算final的属性得来的!

　　另外，如果你的Java类中存在很多可选的和强制性的字段，你也可以使用建造者模式来创建一个immutable的类。

　　下面是一个例子：

public final class Contacts {
　　private final String name;
　　private final String mobile;
　　public Contacts(String name, String mobile) {
　　  this.name = name;
　　  this.mobile = mobile;
　　}
　　public String getName(){
　　  return name;
　　}
　　public String getMobile(){
　　  return mobile;
　　}
}

 我们为类添加了final修饰，从而避免因为继承和多态引起的immutable风险。

 

　　上面是最简单的一种实现immutable类的方式，可以看到它的所有属性都是final的。

　　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，这也是Java的最佳实践之一。下面是一个创建包含mutable类对象的immutable类的例子：

public final class ImmutableReminder{
　　private final Date remindingDate;
　　public ImmutableReminder (Date remindingDate) {
　　if(remindingDate.getTime() < System.currentTimeMillis()){
　　throw new IllegalArgumentException("Can not set reminder” +
　　“ for past time: " + remindingDate);
　　}
　　this.remindingDate = new Date(remindingDate.getTime());
　　}
　　public Date getRemindingDate() {
　　return (Date) remindingDate.clone();
　　}
}

 上面的getRemindingDate()方法可以看到，返回给用户的是类中的remindingDate属性的一个拷贝，这样的话如果别人通过getRemindingDate()方法获得了一个Date对象，然后修改了这个Date对象的值，那么这个值的修改将不会导致ImmutableReminder类对象中remindingDate值的修改。

 

　　使用Immutable类的好处：

　　1)Immutable对象是线程安全的，可以不用被synchronize就在并发环境中共享

　　2)Immutable对象简化了程序开发，因为它无需使用额外的锁机制就可以在线程间共享

　　3)Immutable对象提高了程序的性能，因为它减少了synchroinzed的使用

　　4)Immutable对象是可以被重复使用的，你可以将它们缓存起来重复使用，就像字符串字面量和整型数字一样。你可以使用静态工厂方法来提供类似于valueOf()这样的方法，它可以从缓存中返回一个已经存在的Immutable对象，而不是重新创建一个。

　　immutable也有一个缺点就是会制造大量垃圾，由于他们不能被重用而且对于它们的使用就是”用“然后”扔“，字符串就是一个典型的例子，它会创造很多的垃圾，给垃圾收集带来很大的麻烦。

　　当然这只是个极端的例子，合理的使用immutable对象会创造很大的价值。

 

参考另一个不可变例子：

Here is an example of a mutable object.

import java.util.ArrayList;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;

class Cart {
	private final List items;

	public Cart(List items) {
		this.items = items;
	}

	public List getItems() {
		return items;
	}

	public static void main(String[] args) {
		List list = new ArrayList();
		list.add("element1");
		Cart cart = new Cart(list);
		cart.getItems().add("element2");

		// 下面的代码能运行吗？为什么
		// list=new LinkedList();
		// cart.items=list;
	}
}

 The following change partially solves this problem. In the ImmutableCart class, the list is immutable: you cannot add or remove items.

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.List;

class ImmutableCart {
	private final List items;

	public ImmutableCart(List items) {
		this.items = Collections.unmodifiableList(new ArrayList(items));
	}

	public List getItems() {
		return items;
	}

	public static void main(String[] args) {
		List list = new ArrayList();
		list.add("element1");
		ImmutableCart cart = new ImmutableCart(list);
		cart.getItems().add("element2");
	}
}

 运行抛出异常：

Exception in thread "main" java.lang.UnsupportedOperationException