0. 几个问题
- 什么是不可变类？
- 不可变类的优缺点是什么？
- 常见的不可变类有哪些？String为什么要设计成不可变类？
- 如何自己设计一个不可变类？
带着这几个问题阅读本文以期能对Java的不可变类有一个全面的了解。
1. 什么是不可变类
不可变类是指类的实例一旦创建后，不能改变其成员变量的值。
与之对应的，可变类的实例创建后可以改变其成员变量的值。
2. 不可变类的优缺点
- 优点：
- 效率，例如字符串常量池，字符串常量池可以将一些字符常量放在常量池中重复使用，避免每次都重新创建相同的对象、节省存储空间。但如果字符串是可变的，此时相同内容的String还指向常量池的同一个内存空间，当某个变量改变了该内存的值时，其他遍历的值也会发生改变。所以不符合常量池设计的初衷。
- 安全性，不可变对象天生是线程安全的，在不同线程共享对象，不需要同步机制，因为对象的值是固定的。
- 缺点：
- 资源开销，对象需要频繁的修改属性，则每一次修改都会新创建一个对象，产生大量的资源开销。
3. 常见的不可变类有哪些？String为什么要设计成不可变类？
常见的不可变类：String Integer Long等类型
String设计成不可变类主要是出于效率和安全性考虑。
4. 如何自己设计一个不可变类？
- 类使用final修饰符修饰，保证类不能被继承。
如果类可以被继承会破坏类的不可变性机制，只要继承类覆盖父类的方法并且继承类可以改变成员变量值，那么一旦子类以父类的形式出现时，不能保证当前类是否可变。 - 类的成员变量都应该是
private final的，保证成员变量不可改变。 - 任何获取/修改属性的方法都不应作用于属性本身。
- 不提供修改成员变量的方法，例如
setter方法。 -
getter方法不能返回对象本身，要返回对象的拷贝，防止对象外泄。 - 修改对象的属性时要返回新对象
- 不提供修改成员变量的方法，例如
- 对成员变量的初始化通过构造器进行，并进行深拷贝。
如果使用传入的参数直接赋值，则传递的只是引用，仍然可以通过外部变量改变它的值。
5. String类的不可变性分析
public final class String
implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
/** The value is used for character storage. */
private final char value[];
...
/**
* Allocates a new {@code String} so that it represents the sequence of
* characters currently contained in the character array argument. The
* contents of the character array are copied; subsequent modification of
* the character array does not affect the newly created string.
*
* @param value
* The initial value of the string
*/
public String(char value[]) {
this.value = Arrays.copyOf(value, value.length);
}
...
/**
* Converts this string to a new character array.
*
* @return a newly allocated character array whose length is the length
* of this string and whose contents are initialized to contain
* the character sequence represented by this string.
*/
public char[] toCharArray() {
// Cannot use Arrays.copyOf because of class initialization order issues
char result[] = new char[value.length];
System.arraycopy(value, 0, result, 0, value.length);
return result;
}
}
可以看出String类的设计遵循以下原则：
- String类被final修饰，不可继承
- string内部所有成员都设置为私有变量
- 不存在value的setter
- 并将value和offset设置为final。
- 当传入可变数组value[]时，进行copy而不是直接将value[]复制给内部变量.
- 获取value时不是直接返回对象引用，而是返回对象的copy.
这都符合上面总结的不变类型的特性，也保证了String类型是不可变的类。
但是，即使是不可变类，通过反射仍然可以改变其属性的值：
String s = "hello world";
System.out.println("s=" + s);
try {
Field v = String.class.getDeclaredField("value");
v.setAccessible(true);
char[] c = (char[]) v.get(s);
c[5] = '_';
System.out.println("s=" + s);
} catch (NoSuchFieldException nfe) {
nfe.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException iae) {
iae.printStackTrace();
}
输出结果为：
s=hello world
s=hello_world
