• 什么是不變性
• final 和不可變的關(guān)系
• 總結(jié)

什么是不變性

要想回答上面的問題，我們首先得知道什么是不變性(Immutable)。如果對(duì)象在被創(chuàng)建之后，其狀態(tài)就不能修改了，那么它就具備“不變性”。

我們舉個(gè)例子，比如下面這個(gè) Person 類：

public class Person { 
 
    final int id = 1; 
    final int age = 18; 
} 

如果我們創(chuàng)建一個(gè) person 對(duì)象，那么里面的屬性會(huì)有兩個(gè)，即 id 和 age，并且由于它們都是被 final 修飾的，所以一旦這個(gè) person 對(duì)象被創(chuàng)建好，那么它里面所有的屬性，即 id 和 age 就都是不能變的。我們?nèi)绻敫淖兤渲袑傩缘闹稻蜁?huì)報(bào)錯(cuò)，代碼如下所示：

public class Person { 
 
    final int id = 1; 
    final int age = 18; 
 
    public static void main(String[] args) { 
        Person person = new Person(); 
//        person.age=5;//編譯錯(cuò)誤，無法修改 final 變量的值 
    } 
} 

比如我們嘗試去改變這個(gè) person 對(duì)象，例如將 age 改成 5，則會(huì)編譯通不過，所以像這樣的 person 對(duì)象就具備不變性，也就意味著它的狀態(tài)是不能改變的。

final 修飾對(duì)象時(shí)，只是引用不可變!

這里有個(gè)非常重要的注意點(diǎn)，那就是當(dāng)我們用 final 去修飾一個(gè)指向?qū)ο箢愋?而不是指向 8 種基本數(shù)據(jù)類型，例如 int 等)的變量時(shí)候，那么 final 起到的作用只是保證這個(gè)變量的引用不可變，而對(duì)象本身的內(nèi)容依然是可以變化的。下面我們對(duì)此展開講解。

被 final 修飾的變量意味著一旦被賦值就不能修改，也就是只能被賦值一次，如果我們嘗試對(duì)已經(jīng)被 final 修飾過的變量再次賦值的話，則會(huì)報(bào)編譯錯(cuò)誤。我們用下面的代碼來說明：

/** 
 * 描述：     final變量一旦被賦值就不能被修改 
 */ 
public class FinalVarCantChange { 
 
    private final int finalVar = 0; 
    private final Random random = new Random(); 
    private final int array[] = {1,2,3}; 
 
    public static void main(String[] args) { 
        FinalVarCantChange finalVarCantChange = new FinalVarCantChange(); 
//        finalVarCantChange.finalVar=9;     //編譯錯(cuò)誤，不允許修改final的變量(基本類型) 
//        finalVarCantChange.random=null;    //編譯錯(cuò)誤，不允許修改final的變量(對(duì)象) 
//        finalVarCantChange.array = new int[5];//編譯錯(cuò)誤，不允許修改final的變量（數(shù)組） 
    } 
} 

我們首先在這里分別創(chuàng)建了一個(gè) int 類型的變量、一個(gè) Random 類型的變量，還有一個(gè)是數(shù)組，它們都是被 final 修飾的;然后嘗試對(duì)它們進(jìn)行修改，比如把 int 變量的值改成 9，或者把 random 變量置為 null，或者給數(shù)組重新指定一個(gè)內(nèi)容，這些代碼都無法通過編譯。

這就證明了“被 final 修飾的變量意味著一旦被賦值就不能修改”，而這個(gè)規(guī)則對(duì)于基本類型的變量是沒有歧義的，但是對(duì)于對(duì)象類型而言，final 其實(shí)只是保證這個(gè)變量的引用不可變，而對(duì)象本身依然是可以變化的。這一點(diǎn)同樣適用于數(shù)組，因?yàn)樵?Java 中數(shù)組也是對(duì)象。那我們就來舉個(gè)例子，看一看以下 Java 程序的輸出：

class Test { 
    public static void main(String args[]) { 
       final int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};  //  注意，數(shù)組 arr 是 final 的 
       for (int i = 0; i < arr.length; i++) { 
           arr[i] = arr[i]*10; 
           System.out.println(arr[i]); 
       } 
    } 
} 

首先來猜測(cè)一下，假設(shè)不看下面的輸出結(jié)果，只看這段代碼，你猜它打印出什么樣的結(jié)果?

這段代碼中有個(gè) Test 類，而且這個(gè)類只有一個(gè) main 方法，方法里面有一個(gè) final 修飾的 arr 數(shù)組。注意，數(shù)組是對(duì)象的一種，現(xiàn)在數(shù)組是被 final 修飾的，所以它的意思是一旦被賦值之后，變量的引用不能修改。

但是我們現(xiàn)在想證明的是，數(shù)組對(duì)象里面的內(nèi)容可以修改，所以接下來我們就用 for 循環(huán)把它里面的內(nèi)容都乘以 10，最后打印出來結(jié)果如下：

10  
20  
30  
40  
50 

可以看到，它打印出來的是 10 20 30 40 50，而不是最開始的 1 2 3 4 5，這就證明了，雖然數(shù)組 arr 被 final 修飾了，它的引用不能被修改，但是里面的內(nèi)容依然是可以被修改的。

同樣，對(duì)于非數(shù)組的對(duì)象而言也是如此，我們來看下面的例子：

class Test {  
    int p = 20;  
    public static void main(String args[]){  
       final Test t = new Test(); 
       t.p = 30;  
       System.out.println(t.p); 
    } 
} 

這個(gè) Test 類中有一個(gè) int 類型的 p 屬性，我們?cè)?main 函數(shù)中新建了 Test 的實(shí)例 t 之后，把它用 final 修飾，然后去嘗試改它里面成員變量 p 的值，并打印出結(jié)果，程序會(huì)打印出“30”。一開始 p 的值是 20，但是最后修改完畢變成了 30，說明這次修改是成功的。

以上我們就得出了一個(gè)結(jié)論，final 修飾一個(gè)指向?qū)ο蟮淖兞康臅r(shí)候，對(duì)象本身的內(nèi)容依然是可以變化的。

final 和不可變的關(guān)系

這里就引申出一個(gè)問題，那就是 final 和不變性究竟是什么關(guān)系?

那我們就來具體對(duì)比一下 final 和不變性。關(guān)鍵字 final 可以確保變量的引用保持不變，但是不變性意味著對(duì)象一旦創(chuàng)建完畢就不能改變其狀態(tài)，它強(qiáng)調(diào)的是對(duì)象內(nèi)容本身，而不是引用，所以 final 和不變性這兩者是很不一樣的。

對(duì)于一個(gè)類的對(duì)象而言，你必須要保證它創(chuàng)建之后所有內(nèi)部狀態(tài)(包括它的成員變量的內(nèi)部屬性等)永遠(yuǎn)不變，才是具有不變性的，這就要求所有成員變量的狀態(tài)都不允許發(fā)生變化。

有一種說法就認(rèn)為：“要想保證對(duì)象具有不變性的最簡單的辦法，就是把類中所有屬性都聲明為 final”，這條規(guī)則是不完全正確的，它通常只適用于類的所有屬性都是基本類型的情況，比如前面的例子：

public class Person { 
 
    final int id = 1; 
    final int age = 18; 
} 

Person 類里面有 final int id 和 final int age 兩個(gè)屬性，都是基本類型的，且都加了 final，所以 Person 類的對(duì)象確實(shí)是具備不變性的。

但是如果一個(gè)類里面有一個(gè) final 修飾的成員變量，并且這個(gè)成員變量不是基本類型，而是對(duì)象類型，那么情況就不一樣了。有了前面基礎(chǔ)之后，我們知道，對(duì)于對(duì)象類型的屬性而言，我們?nèi)绻o它加了 final，它內(nèi)部的成員變量還是可以變化的，因?yàn)?final 只能保證其引用不變，不能保證其內(nèi)容不變。所以這個(gè)時(shí)候若一旦某個(gè)對(duì)象類型的內(nèi)容發(fā)生了變化，就意味著這整個(gè)類都不具備不變性了。

所以我們就得出了這個(gè)結(jié)論：不變性并不意味著，簡單地使用 final 修飾所有類的屬性，這個(gè)類的對(duì)象就具備不變性了。

那就會(huì)有一個(gè)很大的疑問，假設(shè)我的類里面有一個(gè)對(duì)象類型的成員變量，那要怎樣做才能保證整個(gè)對(duì)象是不可變的呢?

我們來舉個(gè)例子，即一個(gè)包含對(duì)象類型的成員變量的類的對(duì)象，具備不可變性的例子。

代碼如下：

public class ImmutableDemo { 
 
    private final Set<String> lessons = new HashSet<>(); 
 
    public ImmutableDemo() { 
        lessons.add("第01講：為何說只有 1 種實(shí)現(xiàn)線程的方法？"); 
        lessons.add("第02講：如何正確停止線程？為什么 volatile 標(biāo)記位的停止方法是錯(cuò)誤的？"); 
        lessons.add("第03講：線程是如何在 6 種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的？"); 
    } 
 
    public boolean isLesson(String name) { 
        return lessons.contains(name); 
    } 
} 

在這個(gè)類中有一個(gè) final 修飾的、且也是 private 修飾的的一個(gè) Set 對(duì)象，叫作 lessons，它是個(gè) HashSet;然后我們?cè)跇?gòu)造函數(shù)中往這個(gè) HashSet 里面加了三個(gè)值，分別是第 01、02、03 講的題目;類中還有一個(gè)方法，即 isLesson，去判斷傳入的參數(shù)是不是屬于本課前 3 講的標(biāo)題，isLesson 方法就是利用 lessons.contains 方法去判斷的，如果包含就返回 true，否則返回 false。這個(gè)類的內(nèi)容就是這些了，沒有其他額外的代碼了。

在這種情況下，盡管 lessons 是 Set 類型的，盡管它是一個(gè)對(duì)象，但是對(duì)于 ImmutableDemo 類的對(duì)象而言，就是具備不變性的。因?yàn)? lessons 對(duì)象是 final 且 private 的，所以引用不會(huì)變，且外部也無法訪問它，而且 ImmutableDemo 類也沒有任何方法可以去修改 lessons 里包含的內(nèi)容，只是在構(gòu)造函數(shù)中對(duì) lessons 添加了初始值，所以 ImmutableDemo 對(duì)象一旦創(chuàng)建完成，也就是一旦執(zhí)行完構(gòu)造方法，后面就再?zèng)]有任何機(jī)會(huì)可以修改 lessons 里面的數(shù)據(jù)了。

而對(duì)于 ImmutableDemo 類而言，它就只有這么一個(gè)成員變量，而這個(gè)成員變量一旦構(gòu)造完畢之后又不能變，所以就使得這個(gè) ImmutableDemo 類的對(duì)象是具備不變性的，這就是一個(gè)很好的“包含對(duì)象類型的成員變量的類的對(duì)象，具備不可變性”的例子。

總結(jié)

我們首先介紹了什么是不變性，然后介紹了用 final 修飾一個(gè)對(duì)象類型的變量的時(shí)候，只能保證它的引用不變，但是對(duì)象內(nèi)容自身依然是可以變的。

僅僅把所有的成員變量都用 final 修飾并不能代表類的對(duì)象就是具備不變性的。