如果对象在构造后无法更改，则该对象是不可变的。不可变对象不会以任何方式暴露其他对象来修改其状态; 对象的字段仅在构造函数内初始化一次，并且永远不会再次更改。

在本文中，我们将定义在Java中创建不可变类的典型步骤，并阐明开发人员在创建不可变类时所犯的常见错误。

1.不可变类的用法

如今，每个软件应用程序的“必备”规范都是分布式的，而多线程多线程应用程序总是会给开发人员带来麻烦，因为开发人员需要保护其对象的状态，使其免受多个线程的并发修改。同时，为此，开发人员通常在修改对象状态时使用Synchronized块。

对于不可变类，状态永远不会被修改; 状态的每次修改都会产生一个新实例，因此每个线程都会使用不同的实例，开发人员不会担心并发修改。

2.一些流行的不可变类

String是Java中最流行的不可变类。初始化后，其值无法修改。像 trim()，substring()，replace()这样的操作总是返回一个新实例而不影响当前实例，这就是我们通常调用 trim()的原因如下：

String alex = "Alex";

alex = alex.trim();

JDK的另一个例子是包装类，如：Integer，Float，Boolean ......这些类不会修改它们的状态，但是每次尝试修改它们时它们都会创建一个新实例。

Integer a =3;

a += 3;

在调用+ = 3之后，创建一个新实例，其值为：6，第一个实例丢失。

3.我们如何创建一个不可变类

要创建不可变类，您应该按照以下步骤操作：让你的课成为最终，这样其他课程就无法扩展它。

使所有字段成为最终字段，以便它们仅在构造函数中初始化一次，之后从不修改。

不要暴露setter方法。

在公开修改类状态的方法时，必须始终返回该类的新实例。

如果该类包含一个可变对象：在构造函数中，确保使用传递参数的克隆副本，并且永远不要将可变字段设置为通过构造函数传递的实例，这是为了防止传递对象的客户端在之后修改它。

确保始终返回该字段的克隆副本，并且永远不会返回真实对象实例。

3.1。简单的不可变类

让我们按照上面的步骤创建我们自己的不可变类(ImmutableStudent.java)。

package com.programmer.gate.beans;

public final class ImmutableStudent {

private final int id;

private final String name;

public ImmutableStudent(int id, String name) {

this.name = name;

this.id = id;

}

public int getId() {

return id;

}

public String getName() {

return name;

}

}

上面的类是一个非常简单的不可变类，它不包含任何可变对象，也不会以任何方式暴露其字段; 这些类通常用于缓存目的。

3.2。将可变对象传递给不可变类

现在，让我们的示例复杂一点，我们创建一个名为Age的可变类，并将其作为字段添加到ImmutableStudent：

package com.programmer.gate.beans;

public class Age {

private int day;

private int month;

private int year;

public int getDay() {

return day;

}

public void setDay(int day) {

this.day = day;

}

public int getMonth() {

return month;

}

public void setMonth(int month) {

this.month = month;

}

public int getYear() {

return year;

}

public void setYear(int year) {

this.year = year;

}

}

package com.programmer.gate.beans;

public final class ImmutableStudent {

private final int id;

private final String name;

private final Age age;

public ImmutableStudent(int id, String name, Age age) {

this.name = name;

this.id = id;

this.age = age;

}

public int getId() {

return id;

}

public String getName() {

return name;

}

public Age getAge() {

return age;

}

}

因此，我们在不可变类中添加了一个新的Age类型的可变字段，并在构造函数中将其分配为正常。

让我们创建一个简单的测试类，并验证ImmutableStudent不再是不可变的：

public static void main(String[] args) {

Age age = new Age();

age.setDay(1);

age.setMonth(1);

age.setYear(1992);

ImmutableStudent student = new ImmutableStudent(1, "Alex", age);

System.out.println("Alex age year before modification = " + student.getAge().getYear());

age.setYear(1993);

System.out.println("Alex age year after modification = " + student.getAge().getYear());

}

运行上面的测试后，我们得到以下输出：

Alex age year before modification = 1992

Alex age year after modification = 1993

我们声称ImmutableStudent是一个不可变类，其状态在构造之后永远不会被修改，但是在上面的例子中，我们甚至可以在构造Alex对象之后修改Alex的年龄。如果我们回到ImmutableStudent构造函数的实现，我们发现age字段被分配给Age参数的实例，因此每当在类外部修改引用的Age时，更改将直接反映在Alex的状态上。查看我的 Pass by value或通过参考文章来更深入地理解这个概念。

为了解决这个问题并使我们的类再次成为不可变的，我们按照上面提到的步骤＃5来创建一个不可变类。因此，我们修改构造函数以克隆Age的传递参数并使用它的克隆实例。

public ImmutableStudent(int id, String name, Age age) {

this.name = name;

this.id = id;

Age cloneAge = new Age();

cloneAge.setDay(age.getDay());

cloneAge.setMonth(age.getMonth());

cloneAge.setYear(age.getYear());

this.age = cloneAge;

}

现在，如果我们运行测试，我们得到以下输出：

Alex age year before modification = 1992

Alex age year after modification = 1992

正如你现在所看到的，亚历克斯的时代在建设之后从未受到影响，我们的课程又回归到不可改变的状态。

3.3。从不可变类中返回可变对象

但是，我们的类仍然存在泄漏并且不是完全不可变的，让我们采取以下测试场景：

public static void main(String[] args) {

Age age = new Age();

age.setDay(1);

age.setMonth(1);

age.setYear(1992);

ImmutableStudent student = new ImmutableStudent(1, "Alex", age);

System.out.println("Alex age year before modification = " + student.getAge().getYear());

student.getAge().setYear(1993);

System.out.println("Alex age year after modification = " + student.getAge().getYear());

}

输出：

Alex age year before modification = 1992

Alex age year after modification = 1993

再次根据步骤＃4，当从不可变对象返回可变字段时，您应该返回它们的克隆实例而不是该字段的实际实例。

所以我们修改getAge()以返回对象年龄的克隆：

public Age getAge() {

Age cloneAge = new Age();

cloneAge.setDay(this.age.getDay());

cloneAge.setMonth(this.age.getMonth());

cloneAge.setYear(this.age.getYear());

return cloneAge;

}

现在，类变得完全不可变，并且没有为其他对象提供修改其状态的方法或方法。

Alex age year before modification = 1992

Alex age year after modification = 1992

4。结论

不可变类提供了许多优点，尤其是在多线程环境中正确使用时。唯一的缺点是它们比传统类消耗更多内存，因为每次修改它们都会在内存中创建一个新对象......但是，开发人员不应高估内存消耗，因为与这些内容相比，它可以忽略不计类的类型。

最后，如果一个对象只能向其他对象呈现一个状态，则无论它们如何以及何时调用其方法，它都是不可变的。如果是这样，线程安全的任何定义都是线程安全的。