关于不可变类和可变类

关于不可变类和可变类


所谓不可变类，是指当创建了这个类的实例后，就不允许修改它的属性值。在JDK的基本类库中，所有基本类型的包装类，如Integer和Long类，都是不可变类，java.lang.String也是不可变类。以下代码创建了一个String对象和Integer对象，它们的值分别为“Hello”和 10，在程序代码中无法再改变这两个对象的值，因为Integer和String类没有提供修改其属性值的接口。

String s=new String("Hello");

Integer i=new Integer(10);

用户在创建自己的不可变类时，可以考虑采用以下设计模式：

1..把属性定义为private final类型。

2.不对外公开用于修改属性的setXXX()方法。
 


public Name(String firstname, String lastname) {

3.只对外公开用于读取属性的getXXX()方法。

4.在构造方法中初始化所有属性。

5.覆盖Object类的equals()和hashCode()方法。在equals()方法中根据对象的属性值来比较两个对象是否相等，并且保证用 equals()方法判断为相等的两个对象的hashCode()方法的返回值也相等，这可以保证这些对象能正确地放到HashMap或HashSet集合中。

     如果需要的话，提供实例缓存和静态工厂方法，允许用户根据特定参数获得与之匹配的实例。

       例程11-9的Name类就是不可变类，它仅仅提供了读取sex和description属性的getXXX()方法，但没有提供修改这些属性的setXXX()方法。

例程11-9 Name.java

public class Name {

private final String firstname;

private final String lastname;

   this.firstname = firstname;

   this.lastname = lastname;

}

public String getFirstname(){

   return firstname;

}

public String getLastname(){

   return lastname;

}

public boolean equals(Object o){

   if (this == o) return true;

   if (!(o instanceof Name)) return false;

    final Name name = (Name) o;

   if(!firstname.equals(name.firstname)) return false;

   if(!lastname.equals(name.lastname)) return false;

  return true;

}

public int hashCode(){

  int result;

  result= (firstname==null?0:firstname.hashCode());

  result = 29 * result + (lastname==null?0:lastname.hashCode());

  return result;

}

public String toString(){

  return lastname+" "+firstname;

}

}

假定Person类的name属性定义为Name类型：

public class Person{

  private Name name ;

  private Gender gender;

  …

}

     以下代码创建了两个Person对象，他们的姓名都是“王小红”，一个是女性，另一个是男性。在最后一行代码中，把第一个Person对象的姓名改为“王小虹”。

Name name=new Name("小红","王");

Person person1=new Person(name,Gender.FEMALE);

Person person2=new Person(name,Gender.MALE);

name=new Name("小虹","王");

person1.setName(name); //修改名字

      与不可变类对应的是可变类，可变类的实例属性是允许修改的。如果把以上例程11-9的Name类的firstname属性和lastname属性的 final修饰符去除，并且增加相应的public类型的setFirstname()和setLastname()方法，Name类就变成了可变类。以下程序代码本来的意图也是创建两个Person对象，他们的姓名都是“王小红”，接着把第一个Person对象的姓名改为“王小虹”：

//假定以下Name类是可变类

Name name=new Name("小红","王");

Person person1=new Person(name,Gender.FEMALE);

Person person2=new Person(name,Gender.MALE);

name.setFirstname(" 小虹"); //试图修改第一个Person对象的名字

    以上最后一行代码存在错误，因为它会把两个Person对象的姓名都改为“王小虹”。由此可见，使用可变类更容易使程序代码出错。因为随意改变一个可变类对象的状态，有可能会导致与之关联的其他对象的状态被错误地改变。

    不可变类的实例在实例的整个生命周期中永远保持初始化的状态，它没有任何状态变化，简化了与其他对象之间的关系。不可变类具有以下优点：

l 不可变类能使程序更加安全，不容易出错。

l 不可变类是线程安全的，当多个线程访问不可变类的同一个实例时，无须进行线程的同步。

     由此可见，应该优先考虑把类设计为不可变类，假使必须使用可变类，也应该把可变类尽可能多的属性设计为不可变的，即用final修饰符来修饰，并且不对外公开用于改变这些属性的方法。

      在创建不可变类时，假如它的属性的类型是可变类型，在必要的情况下，必须提供保护性拷贝，否则，这个不可变类实例的属性仍然有可能被错误地修改。这条建议同样适用于可变类中用final修饰的属性。

     例如例程11-10的Schedule类包含学校的开学时间和放假时间信息，它是不可变类，它的两个属性start和end都是final类型，表示不允许被改变，但是这两个属性都是Date类型，而Date类是可变类。

例程11-10 Schedule.java

import java.util.Date;

public final class Schedule{

  private final Date start; //开学时间，不允许被改变

  private final Date end; //放假时间，不允许被改变

  public Schedule(Date start,Date end){

  //不允许放假日期在开学日期的前面

  if(start.compareTo(end)>0)

    throw new IllegalArgumentException(start +" after " +end);

    this.start=start;

    this.end=end;

}

public Date getStart(){return start;}

public Date getEnd(){return end;}

}

    尽管以上Schedule类的start和end属性是final类型的，但由于它们引用Date对象，在程序中可以修改所引用Date对象的属性。以下程序代码创建了一个Schedule对象，接下来把开学时间和放假时间都改为当前系统时间。

Calendar c= Calendar.getInstance();

c.set(2006,9,1);

Date start=c.getTime();

c.set(2007,1,25);

Date end=c.getTime();

Schedule s=new Schedule(start,end);

end.setTime(System.currentTimeMillis()); //修改放假时间

start=s.getStart();

start.setTime(System.currentTimeMillis()); //修改开学时间

为了保证Schedule对象的start属性和end属性值不会被修改，必须为这两个属性使用保护性拷贝，参见例程11-11。

例程11-11 采用了保护性拷贝的Schedule.java

import java.util.Date;

public final class Schedule {

  private final Date start;

  private final Date end;

  public Schedule(Date start,Date end){

  //不允许放假日期在开学日期的前面

  if(start.compareTo(end)>0)throw new IllegalArgumentException(start +" after " +end);

  this.start=new Date(start.getTime()); // 采用保护性拷贝

  this.end=new Date(end.getTime()); // 采用保护性拷贝

}

  public Date getStart(){return (Date)start.clone() ;} // 采用保护性拷贝

  public Date getEnd(){return (Date)end.clone() ;} // 采用保护性拷贝

}

通过采用保护性拷贝，其他程序无法获得与Schedule对象关联的两个Date对象的引用，因此也就无法修改这两个Date对象的属性值。

Tips

如果Schedule类中被final修饰的属性所属的类是不可变类，就无须提供保护性拷贝，因为该属性所引用的实例的值永远不会被改变。这进一步体现了不可变类的优点。