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如何创建Java的不可变对象,很多新手对此不是很清楚,为了帮助大家解决这个难题,下面小编将为大家详细讲解,有这方面需求的人可以来学习下,希望你能有所收获。
前言:
为什么 String
是 immutable
类(不可变对象)吗?我想研究它,想知道为什么它就不可变了,这种强烈的愿望就像想研究浩瀚的星空一样。但无奈自身功力有限,始终觉得雾里看花终隔一层。二哥你的文章总是充满趣味性,我想一定能够说明白,我也一定能够看明白,能在接下来写一写吗?
https://github.com/itwanger/toBeBetterJavaer
一个类的对象在通过构造方法创建后如果状态不会再被改变,那么它就是一个不可变(immutable
)类。它的所有成员变量的赋值仅在构造方法中完成,不会提供任何 setter
方法供外部类去修改。
还记得《神雕侠侣》中小龙女的古墓吗?随着那一声巨响,仅有的通道就被无情地关闭了。别较真那个密道,我这么说只是为了打开你的想象力,让你对不可变类有一个更直观的印象。
自从有了多线程,生产力就被无限地放大了,所有的程序员都爱它,因为强大的硬件能力被充分地利用了。但与此同时,所有的程序员都对它心生忌惮,因为一不小心,多线程就会把对象的状态变得混乱不堪。
为了保护状态的原子性、可见性、有序性,我们程序员可以说是竭尽所能。其中,synchronized(同步)关键字是最简单最入门的一种解决方案。
假如说类是不可变的,那么对象的状态就也是不可变的。这样的话,每次修改对象的状态,就会产生一个新的对象供不同的线程使用,我们程序员就不必再担心并发问题了。
提到不可变类,几乎所有的程序员第一个想到的,就是 String
类。那为什么 String
类要被设计成不可变的呢?
字符串常量池是 Java
堆内存中一个特殊的存储区域,当创建一个 String
对象时,假如此字符串在常量池中不存在,那么就创建一个;假如已经存,就不会再创建了,而是直接引用已经存在的对象。这样做能够减少 JVM 的内存开销,提高效率。
因为字符串是不可变的,所以在它创建的时候,其 hashCode
就被缓存了,因此非常适合作为哈希值(比如说作为 HashMap 的键),多次调用只返回同一个值,来提高效率。
就像之前说的那样,如果对象的状态是可变的,那么在多线程环境下,就很容易造成不可预期的结果。而 String 是不可变的,就可以在多个线程之间共享,不需要同步处理。
因此,当我们调用 String
类的任何方法(比如说 trim()
、substring()
、toLowerCase())
时,总会返回一个新的对象,而不影响之前的值。
String cmower = "沉默王二,一枚有趣的程序员"; cmower.substring(0,4); System.out.println(cmower);// 沉默王二,一枚有趣的程序员
虽然调用 substring()
方法对 cmower
进行了截取,但 cmower
的值没有改变。
除了 String
类,包装器类 Integer
、Long
等也是不可变类。
看懂一个不可变类也许容易,但要创建一个自定义的不可变类恐怕就有点难了。但知难而进是我们作为一名优秀的程序员不可或缺的品质,正因为不容易,我们才能真正地掌握它。
接下来,就请和我一起,来自定义一个不可变类吧。一个不可变诶,必须要满足以下 4 个条件:
1)确保类是 final
的,不允许被其他类继承。
2)确保所有的成员变量(字段)是 final
的,这样的话,它们就只能在构造方法中初始化值,并且不会在随后被修改。
3)不要提供任何 setter
方法。
4)如果要修改类的状态,必须返回一个新的对象。
按照以上条件,我们来自定义一个简单的不可变类 Writer
。
public final class Writer { private final String name; private final int age; public Writer(String name, int age) { this.name = name; this.age = age; } public int getAge() { return age; } public String getName() { return name; } }
Writer
类是 final
的,name
和 age
也是 final
的,没有 setter
方法。
OK,据说这个作者分享了很多博客,广受读者的喜爱,因此某某出版社找他写了一本书(Book)。Book 类是这样定义的:
public class Book { private String name; private int price; public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } public int getPrice() { return price; } public void setPrice(int price) { this.price = price; } @Override public String toString() { return "Book{" + "name='" + name + '\'' + ", price=" + price + '}'; } }
2 个字段,分别是 name
和 price
,以及 getter
和 setter
,重写后的 toString()
方法。然后,在 Writer
类中追加一个可变对象字段 book
。
public final class Writer { private final String name; private final int age; private final Book book; public Writer(String name, int age, Book book) { this.name = name; this.age = age; this.book = book; } public int getAge() { return age; } public String getName() { return name; } public Book getBook() { return book; } }
并在构造方法中追加了 Book
参数,以及 Book
的 getter
方法。
完成以上工作后,我们来新建一个测试类,看看 Writer 类的状态是否真的不可变。
public class WriterDemo { public static void main(String[] args) { Book book = new Book(); book.setName("Web全栈开发进阶之路"); book.setPrice(79); Writer writer = new Writer("沉默王二",18, book); System.out.println("定价:" + writer.getBook()); writer.getBook().setPrice(59); System.out.println("促销价:" + writer.getBook()); } }
程序输出的结果如下所示:
定价:Book{name='Web全栈开发进阶之路', price=79}
促销价:Book{name='Web全栈开发进阶之路', price=59}
糟糕,Writer 类的不可变性被破坏了,价格发生了变化。为了解决这个问题,我们需要为不可变类的定义规则追加一条内容:
如果一个不可变类中包含了可变类的对象,那么就需要确保返回的是可变对象的副本。也就是说,Writer
类中的 getBook()
方法应该修改为:
public Book getBook() { Book clone = new Book(); clone.setPrice(this.book.getPrice()); clone.setName(this.book.getName()); return clone; }
这样的话,构造方法初始化后的 Book
对象就不会再被修改了。此时,运行 WriterDemo
,就会发现价格不再发生变化了。
定价:Book{name='Web全栈开发进阶之路', price=79}
促销价:Book{name='Web全栈开发进阶之路', price=79}
不可变类有很多优点,就像之前提到的 String
类那样,尤其是在多线程环境下,它非常的安全。尽管每次修改都会创建一个新的对象,增加了内存的消耗,但这个缺点相比它带来的优点,显然是微不足道的——无非就是捡了西瓜,丢了芝麻。
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