理解不可变集合 | Guava Immutable与JDK unmodifiableList

1、为什么需要不可变集合

  • (1)保证线程安全:在并发程序中,使用Immutable既保证线程安全性,也大大增强了并发时的效率(跟并发锁方式相比)。尤其当一个对象是值对象时,更应该考虑采用Immutable方式;
  • (2)被不可信的类库使用时会很安全;
  • (3)如果一个对象不需要支持修改操作(mutation),将会节省空间和时间的开销;经过分析,所有不可变的集合实现都比可变集合更加有效地利用内存;
  • (4)可以当作一个常量来对待,并且这个对象在以后也不会被改变。

将一个对象复制一份成immutable的,是一个防御性编程技术。

2、JDK中提供的不可变集合:真的做到了不可变?

在JDK类库中很多集合(List、Set、Map等)都可以调用Collections类提供的静态方法unmodifiableXXX(…)来得到一个不可修改的视图,例如:

// 下面的代码利用Collections.unmodifiableList(list)得到一个不可修改的集合unmodifiableList
List list = new ArrayList();
list.add("wyp");
list.add("good");

List unmodifiableList = Collections.unmodifiableList(list);
System.out.println(unmodifiableList);//[wyp, good]
unmodifiableList.add("add");

当unmodifiableList.add(“add”)时,运行代码将会出现以下异常:

Exception in thread "main" java.lang.UnsupportedOperationException
at java.util.Collections$UnmodifiableCollection.add(Collections.java:1018)
at com.wyp.test.testFiles(test.java:152)
at com.wyp.test.main(test.java:160)

说明如果直接add是不可以的,符合不可变的定义。
一切看起来很不错,因为调用unmodifiableList.add()会抛出一个java.lang.UnsupportedOperationException。但如果有用户修改了list,会发生什么情况?在上述代码的下面加入以下代码:

list.add("add");
System.out.println(unmodifiableList);

当你再次打印unmodifiableList的时候,你会发现结果是[wyp, good, add],多了一个"add"元素。unmodifiableList不是不可变的吗?这显然不是我们期望的。

说明:Collections.unmodifiableList(…)实现的不是真正的不可变集合,当原始集合被修改后,不可变集合里面的元素也是跟着发生变化。

利用JDK类库中提供的unmodifiableXXX方法最少存在以下几点不足:
  • 笨拙:因为你每次都得写那么多代码;
  • 不安全:如果没有引用到原来的集合,这种情况之下才会返回唯一真正永恒不变的集合;
  • 效率很低:返回的不可修改的集合数据结构仍然具有可变集合的所有开销。

3、Guava提供的Immutable:真正的不可变集合

Guava类库中提供的Immutable才是真正的不可修改的集合。

import com.google.common.collect.ImmutableList;
ImmutableList immutableList = ImmutableList.of("wyp", "good");
  • 当你往immutableList 中添加元素,也会抛出java.lang.UnsupportedOperationException异常;

  • 修改原集合后,immutable集合不变:
    public void testImmutable(){
    ArrayList<String> stringArrayList = Lists.newArrayList("wo","bu","ke","bian");
    ImmutableList<String> immutableList = ImmutableList.copyOf(stringArrayList);
    // 尝试add: java.lang.UnsupportedOperationException
    // immutableList.add("!!!");

        // 尝试修改原集合:immutableList不变,还是 [wo, bu, ke, bian]
        stringArrayList.add("!!!");
        System.out.println(immutableList);
      }
    
阅读源码:Guava Immutable的实现原理

单步调试走起:

1:调用copyOf方法

2:对传入的集合做类型判断

如果传入的结合本身就是一个不可变集合,那么asList获取视图后返回;如果不是,则执行construct方法;


3:再调用asImmutableList方法,依旧把原集合传进去

4:asImmutableList方法

上一步的checkNotNull方法将原集合转换成了对象数组传开了进来,同时传入了这个数组的长度,这里用case对长度做了判断,以分别处理:

  • case 0:长度是0,那么of应该是返回一个空的不可变集合,而一般来说这个空的不可变集合是可以复用的;

  • case 1:长度是1,那么直接用这个元素new一个对象实例;

  • default:这里有个地方没看懂

     if (length < elements.length) {
           elements = arraysCopyOf(elements, length);
     }
    

这里是由上一步而来的:

asImmutableList(Object[] elements) --> ImmutableList<E> asImmutableList(Object[] elements, int length)

所以这里的length就是elements的length,那么这个if又有何意义?不明白...反正是直接执行

return new RegularImmutableList<E>(elements);

了,接着往下看:

RegularImmutableList

这是一个内部类,直借截取了一部分,里面有一个copyIntoArray方法

copyIntoArray

经过一系列调用,得到了一个array

最后一步一步返回。

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