手擼了一個Java的不可變對象，很哇塞！
二哥，你能給我說說為什么 String 是 immutable 類(不可變對象)嗎?我想研究它，想知道為什么它就不可變了，這種強烈的愿望就像想研究浩瀚的星空一樣。但無奈自身功力有限，始終覺得霧里看花終隔一層。二哥你的文章總是充滿趣味性，我想一定能夠說明白，我也一定能夠看明白，能在接下來寫一寫嗎?
https://github.com/itwanger/toBeBetterJavaer
01、什么是不可變類
一個類的對象在通過構造方法創建后如果狀態不會再被改變，那么它就是一個不可變(immutable)類。它的所有成員變量的賦值僅在構造方法中完成，不會提供任何 setter 方法供外部類去修改。
還記得《神雕俠侶》中小龍女的古墓嗎?隨著那一聲巨響，僅有的通道就被無情地關閉了。別較真那個密道，我這么說只是為了打開你的想象力，讓你對不可變類有一個更直觀的印象。
自從有了多線程，生產力就被無限地放大了，所有的程序員都愛它，因為強大的硬件能力被充分地利用了。但與此同時，所有的程序員都對它心生忌憚，因為一不小心，多線程就會把對象的狀態變得混亂不堪。
為了保護狀態的原子性、可見性、有序性，我們程序員可以說是竭盡所能。其中，synchronized(同步)關鍵字是最簡單最入門的一種解決方案。
假如說類是不可變的，那么對象的狀態就也是不可變的。這樣的話，每次修改對象的狀態，就會產生一個新的對象供不同的線程使用，我們程序員就不必再擔心并發問題了。
02、常見的不可變類
提到不可變類，幾乎所有的程序員第一個想到的，就是 String 類。那為什么 String 類要被設計成不可變的呢?
1)常量池的需要
字符串常量池是 Java 堆內存中一個特殊的存儲區域，當創建一個 String 對象時，假如此字符串在常量池中不存在，那么就創建一個;假如已經存，就不會再創建了，而是直接引用已經存在的對象。這樣做能夠減少 JVM 的內存開銷，提高效率。
2)hashCode 的需要
因為字符串是不可變的，所以在它創建的時候，其 hashCode 就被緩存了，因此非常適合作為哈希值(比如說作為 HashMap 的鍵)，多次調用只返回同一個值，來提高效率。
3)線程安全
就像之前說的那樣，如果對象的狀態是可變的，那么在多線程環境下，就很容易造成不可預期的結果。而 String 是不可變的，就可以在多個線程之間共享，不需要同步處理。
因此，當我們調用 String 類的任何方法(比如說 trim()、substring()、toLowerCase())時，總會返回一個新的對象，而不影響之前的值。
- String cmower = "沉默王二，一枚有趣的程序員";
- cmower.substring(0,4);
- System.out.println(cmower);// 沉默王二，一枚有趣的程序員
雖然調用 substring() 方法對 cmower 進行了截取，但 cmower 的值沒有改變。
除了 String 類，包裝器類 Integer、Long 等也是不可變類。
03、手擼不可變類
看懂一個不可變類也許容易，但要創建一個自定義的不可變類恐怕就有點難了。但知難而進是我們作為一名優秀的程序員不可或缺的品質，正因為不容易，我們才能真正地掌握它。
接下來，就請和我一起，來自定義一個不可變類吧。一個不可變誒，必須要滿足以下 4 個條件：
1)確保類是 final 的，不允許被其他類繼承。
2)確保所有的成員變量(字段)是 final 的，這樣的話，它們就只能在構造方法中初始化值，并且不會在隨后被修改。
3)不要提供任何 setter 方法。
4)如果要修改類的狀態，必須返回一個新的對象。
按照以上條件，我們來自定義一個簡單的不可變類 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 類是 final 的，name 和 age 也是 final 的，沒有 setter 方法。
OK，據說這個作者分享了很多博客，廣受讀者的喜愛，因此某某出版社找他寫了一本書(Book)。Book 類是這樣定義的：
- 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 個字段，分別是 name 和 price，以及 getter 和 setter，重寫后的 toString() 方法。然后，在 Writer 類中追加一個可變對象字段 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;
- }
- }
并在構造方法中追加了 Book 參數，以及 Book 的 getter 方法。
完成以上工作后，我們來新建一個測試類，看看 Writer 類的狀態是否真的不可變。
- public class WriterDemo {
- public static void main(String[] args) {
- Book book = new Book();
- book.setName("Web全棧開發進階之路");
- book.setPrice(79);
- Writer writer = new Writer("沉默王二",18, book);
- System.out.println("定價：" + writer.getBook());
- writer.getBook().setPrice(59);
- System.out.println("促銷價：" + writer.getBook());
- }
- }
程序輸出的結果如下所示：
- 定價：Book{name='Web全棧開發進階之路', price=79}
- 促銷價：Book{name='Web全棧開發進階之路', price=59}
糟糕，Writer 類的不可變性被破壞了，價格發生了變化。為了解決這個問題，我們需要為不可變類的定義規則追加一條內容：
如果一個不可變類中包含了可變類的對象，那么就需要確保返回的是可變對象的副本。也就是說，Writer 類中的 getBook() 方法應該修改為：
- public Book getBook() {
- Book clone = new Book();
- clone.setPrice(this.book.getPrice());
- clone.setName(this.book.getName());
- return clone;
- }
這樣的話，構造方法初始化后的 Book 對象就不會再被修改了。此時，運行 WriterDemo，就會發現價格不再發生變化了。
- 定價：Book{name='Web全棧開發進階之路', price=79}
- 促銷價：Book{name='Web全棧開發進階之路', price=79}
04、總結
不可變類有很多優點，就像之前提到的 String 類那樣，尤其是在多線程環境下，它非常的安全。盡管每次修改都會創建一個新的對象，增加了內存的消耗，但這個缺點相比它帶來的優點，顯然是微不足道的——無非就是撿了西瓜，丟了芝麻。
