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JackyCheng2007
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不可变类(immutable class)

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不可变类,顾名思义就是说类的实例是不可被修改的。实例的信息是在创建的时候提供,并且在整个生命周期中都不可改变。
大家都知道Java的String类是immutable。其实primary的包装类都是immutable的。那么如果让你设计和immutable的class要怎么做呢?
immutable 也就是不变的意思。不可改变的。怎么样让一个类的对象不变呢?
第一你肯定想到,这个类不能被继承,于是class 前面要加 final。这是最直接的办法,也是最简单的办法,但是当你将来想对它扩展的时候就做不到了。也许你想在他的基础上定义一个子类也是immutable的。这时候你可以不再class 前面加final,而是在所有的方法上加final,同样可以防止子类重写它的方法。其实不用继承一样可以扩展这个类,通过composite方法。所以不推荐允许继承immutable类。另外,还有一个办法让immutable类不能被继承,那就是将方法私有或者protected也即是保内私有,然后提供一个静态工厂方法来生产实例。这是最推荐的方法,因为这个方法允许包内扩展,对客户类来说是不可继承的。同时静态工厂方法还有许多其他比构造方法好的地方。

第二你也可能会想到属性不能被改变,那field前面也得加final。你还得把属性私有化,防止被直接访问修改。这样就够了吗?那如果有一个其他类的对象的引用属性呢?怎么保证它不被变?
首先你能做到的就是保证自己的方法里面不改变它的值。然后怎么保证别的类不直接改变它呢?这个引用如果是别的对象传给你的呢?怎么保证不变? 同样,如果是方法中要返回这个属性呢?想想看。
如果它也是immutable的自然也就省心了。但如果不是呢?

看来必须得clone一个新的对象了。关于clone,可以参考liuwang126的文章http://liuwang126.iteye.com/blog/272595
下面是完整的Sample。

package immutable;

public class Immutable {
    private final int a;
    private static final String b;
    private final ClassA oa;
    static{
    	b="";
    }
    public static Immutable getImmutable(int a, ClassA oa){
    	return new Immutable(a, oa);
    }
    protected Immutable(int a, ClassA oa){
    	this.a=a;
    	this.oa=oa.clone();
    }
    public ClassA getOA(){
    	return oa.clone();
    }
    
    public int getA() {
		return a;
	}
	public static String getB() {
		return b;
	}
	public static void main(String[] s){
    	ClassA a = new ClassA(2);
    	Immutable immutable=new Immutable(1, a);
    	ClassA a2 = immutable.getOA();
    	if(a==a2){
    		System.out.print("a==a2");
    	}else{
    		System.out.print("a2.a="+a2.getA());
    	}
    }
}




package immutable;

public class ClassA implements Cloneable{
	private int a;
	public ClassA(int i){
		a=i;
	}

	public int getA() {
		return a;
	}

	public void setA(int a) {
		this.a = a;
	}
	public ClassA clone(){
		ClassA o = null;
        try{
        	o = (ClassA)super.clone();
        }catch(CloneNotSupportedException e){
        	e.printStackTrace();
        }
        	return o;
        }
}


package immutable;

final class ChildImmutable extends Immutable{
	private final int c;
	public ChildImmutable(int a, ClassA oa, int c) {
		super(a, oa);
		this.c=c;
	}
	public int getC() {
		return c;
	}
}



这可能在一般的开发中不大会用到。可以被看成是一个设计游戏。不过如果我们自己设计API供别人调用,你不得不考虑规则的严谨和你的用意可以准确的表达和限制。

下面对final做个分析。
你有两个原因能够想到用final:design 和 efficiency。 你可以再方法的参数上加上final,保证传入的参数不被改变,这种设计是我们常常推崇的。
你也有两个原因在method前加上final。第一个是保证类的子类不会重写这个方法,这个方法的行为不被改变。这是设计方面的原因。另一个在低版本jdk中利用这点可以提高performance。但是也会有消耗内存的负面影响。在jdk5以后,jvm可以自动改善performance,我们反而不鼓励利用这点来优化性能。应该交给jvm去办。
当你在class前面加上final,说明你不准备也不允许这个类将来被继承。这可能是出于安全或者本身它就不会有子类。这是design方面的原因。final class的方法因为不可能被继承也就被final了,但是属性却没有被final。


和朋友交流了一下,又有了一点新的看法。immutable的本意是想让一个类的对象被创建以后就不要再被修改。有点类似常量。只想让别的程序只读。那就是说不提供写或者修改的方法。只是提供构造函数,一次生成,永不改变。从这个角度上看,也是简化了设计。对于这样的对象,你可以放心的使用,因为你知道他就是你生成时的对象,从来没有也不会被改变。

为什么JDK要设计这么多的immutable的类呢?
因为immutable类比mutable类更加容易设计,实现和使用。而且不易出错,更加安全。
简单:因为对象一旦生成就他的值就固定了,不变了。从对象状态角度上看,它只有一种状态,没有什么状态变化和迁移。相反,对于一个可以变对象,他的状态变化可就多了,你需要有个状态迁移图才能描述清楚他可能的变化,也就是说他的状态空间可能很大。
线程安全:因为没有修改方法,所以你不用考虑同步的问题,在并发环境中也可以放心的并发read。
节省内存:既然不变对象可以自由的共享。你可以让使用者尽量使用已经存在的实例,而不要重复的创建。你可以定义这些类的一些静态的final实例属性,就像定义一个常量一样。
package client;

import immutable.ClassA;
import immutable.Immutable;

class Client{
	public static final Immutable A = Immutable.getImmutable(1, new ClassA(1));
	public static final Immutable B = Immutable.getImmutable(2, new ClassA(2));
	
}



当然你也可以为Immutable 类提供一个静态工厂,由工厂来保证不会创建重复的对象实例。
这样也就节省了内存消耗和垃圾回收负担。如果你有这样的对象,在系统中会被大量的,频繁的,并发的读。不放考虑这种模式。其实String就是一个很好的例子。
很好的构建基石:你应该比较常用到Set和Map,尤其是map的key值,你是否经常需要考虑这些值会不会在你不经意间变了呢?从而使得影响你设定这个set或map的本意。如果用Immutable对象你就不用担心了吧?这样是为什么你总喜欢用String做key值。当然你也可能想尽量避免重写equals和hashCode方法。

不要滥用这种模式
凡是必然是有利有弊。你知道immutable的对象会因为值的不同而生产新的对象,所以你要谨慎设计你的对象和使用方法。比如String,当你在循环里面连接字符串的时候就不建议你用String的+号,而是用BufferString,StringBuffer类用来表示内容可变的字符串,并提供了修改底层字符串的方法。当我们进行字符拼接时,请使用StringBuffer类而非String类,因为前者将比后者快上百倍。这也许也可以知道我们平衡我自己的设计。没准你也可以设计一个immutable类的伙伴(companion)类。

在我看来,当你想设计一种有结构的常量的时候,你可以考虑设计出一个immutable的类。
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评论
7 楼 lliiqiang 2014-09-25  
属性变量被设定为不可更改的,外界传递的对象复制一份再保存到对象属性中,返回对象类型属性信息的时候也是复制一份返回.
6 楼 zhaspe 2011-02-27  
其实关于immutable的概念和要点,楼主基本都写出来了,只是感觉写的有些抽象,让人不想看,其实楼主把要点1234的列出来就明显的多了
5 楼 yeak2001 2011-02-26  
这样就够了吗?那如果有一个其他类的对象的引用属性呢?怎么保证它不被变?

对于这种情况你可以尝试change reference object to value object
4 楼 JackyCheng2007 2011-02-25  
superheizai 写道
貌似不用final类吧,私有构造就可以使它不能被继承。


因为不提供修改对象参数的方法,如果把构造私有了,怎么生成这样一个对象呢?还要提供一个代替构造函数的一个工厂方法?
感觉语义上没有final类来的直接。
3 楼 superheizai 2011-02-25  
貌似不用final类吧,私有构造就可以使它不能被继承。
2 楼 tsxm 2011-02-25  
可惜讲的太少了,就得calendar好像也是不可变类
1 楼 fastwei 2011-02-24  
都说的什么东东,标题党呀。

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