不可变类(immutable class)

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。

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。