Java可变类型与不可变类型

一、可变类型（mutable type）与不可变类型（immutable type）

已知，基本数据类型都是不可变类型；引用（对象）数据类型既有可变类型，也有不可变类型

首先区分：改变一个变量、改变一个变量的值，二者有何区别？

改变一个变量：将该变量指向另一个存储空间。——修改指向
改变一个变量的值：将该变量当前指向的存储空间中写入一个新的值。——修改存储内容

接着区分：可变类型（mutable type）与不可变类型（immutable type）

不变数据类型：一旦被创建，其值不能改变（但可以修改指向）
可变数据类型：拥有方法可以修改自己的值/引用

（1）不可变类型（immutable type）

以String为例，String是不可变类型，一旦被创建，其值不能改变

当String类型（以至于扩展到其他不可变类型）发生改变时，它会再开辟一个新空间，创建一个新的String对象，存储改变后的值，并指向这个新的内存空间（原来的内存空间如果不再被使用，就会变成垃圾）

缺点：使用不可变类型，对其频繁修改会产生大量的临时拷贝(需要垃圾回收)
优点：安全，内部存储值不会被篡改

（但是当变量类型为基本数据类型（没有引用时），我讲不清内部修改值的具体过程，猜测有可能是在栈中开辟新空间存储新值，变量名对应新值而非旧值——或者变量名与变量值之间有类似这样的机制，如果有大佬知道可以告诉我orz）

（2）可变类型（mutable type）

以StringBuilder为例，StringBuilder是可变类型，可以修改自己的值/引用

当StringBuilder类型（以至于扩展到其他可变类型）发生改变时，直接对引用指向的内存修改数值，而非再开辟新的内存空间，创建新对象

优点：可变类型因为最少化拷贝，可以提高效率
缺点：如果有多个引用（别名），使用可变类型就非常不安全

（3）final的使用

To make a reference immutable, declare it with the keyword final

对于final，它限制了变量的引用不可更改，但是并不限制引用指向的内存里的数据的修改

总结：

final + 基本数据类型 / 不可变的引用数据类型：如 final int——不可修改该变量

（基本数据类型没有引用，且本身为不可变类型，不具有方法来修改其值）

final + 可变的引用数据类型：final List——只限制了引用不可更改，但是并不限制引用指向的内存里的数据的修改

二、问题代码范例

package aboutDate;
import java.util.Date;
public class Period {private  Date start,end;public Period(Date start,Date end){if(start.after(end))System.out.println("Error");this.start=start;this.end=end;}public Date getStart(){return this.start;}public Date getEnd(){return this.end;}public static void main(String argv[]){Date start =new Date();Date end =new Date();//实例化类，并赋初值Period p=new Period(start,end);System.out.println(p.getEnd());//修改endend.setYear(78);System.out.println(p.getEnd());//利用返回值修改p.getEnd().setYear(2000);System.out.println(p.getEnd());}
}

运行结果：

尽管我们在设计类时，已经将start和end设计成私有属性，但由于Date为可变类型，当存在多个引用【main里的start（end），Period里的this.start（end），getStart（getEnd）返回值】，均指向同一个内存，这个内存里的值就有可能在无意中被篡改。这其实就是一种表示泄露，客户端获取了类内成员的引用，存在误改的可能，使得软件内部存在漏洞，这并不是我们期望看到的。

三、修改思路

（1）防御式拷贝——消除多个引用指向同一内存的情况

实际修改的地方

public Period(Date start,Date end){if(start.after(end))System.out.println("Error");this.start=new Date(start.getTime());this.end=new Date(end.getTime());}public Date getStart(){return new Date(this.start.getTime());}public Date getEnd(){return new Date(this.end.getTime());}

完整代码如下：

package aboutDate;
import java.util.Date;
public class Period {private  Date start,end;public Period(Date start,Date end){if(start.after(end))System.out.println("Error");this.start=new Date(start.getTime());this.end=new Date(end.getTime());}public Date getStart(){return new Date(this.start.getTime());}public Date getEnd(){return new Date(this.end.getTime());}public static void main(String argv[]){Date start =new Date();Date end =new Date();Period p=new Period(start,end);System.out.println(p.getEnd());end.setYear(78);System.out.println(p.getEnd());p.getEnd().setYear(2000);System.out.println(p.getEnd());}
}

运行结果（可见修改成功——客户端不能随意修改类的属性）：

防御性拷贝，就是创建一个新的对象，而不是单纯的把引用指向同一个内存。这样实现了局部变量，不会涉及共享以及同一个内存，只有一个引用，保证了数据的安全性。

（2）修改数据结构

使用Java内部其他的不可变类型，如LocalDateTime, Instant等等，但是需要对代码进行较大的修改（否则出现类型不匹配的问题），此处附上Date与LocalDateTime转化的博客链接

localDateTime与Date转化_小馒头味豆浆的博客-CSDN博客_localdatetime转换date

四、总结

可变与不可变类型各有各的优缺点。可变类型更灵活，可以减少拷贝次数，在需要频繁修改变量值的场合效率更高；但是当有多个引用指向同一个变量时，就会存在安全隐患，要小心数据在无意中被篡改，这种情况下就要尽量避免使用可变类型。此外，当设计封装类时，如果使用了可变类型，要防止函数返回可变类型的引用，以及初始化时类属性和调用者里的变量指向同一内存，否则就存在表示泄露，不是一个好的ADT。

不可变类型较为呆板，当需要频繁修改变量值时，可能会产生大量的内存垃圾；但是安全系数高，数据不会被篡改。

选择可变与不可变类型，就是在效率与安全之间做折中，需要依据场合来判断。

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