Java中建立不可變的類

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簡介：本文主要介紹java中不可變類的相關知識，文章中大部分內容來自部落格，部落格地址見以下連結

Creating Immutable Classes in Java

小編不去糾結原文中，為什麼標題是immutable class，正文卻上來便問what is immutable object。相信，學java的人，都應該知道class和object確切表示什麼意思。

class：java中class確切的表示為一個類

object：java中object確切的表示為一個物件，也稱為類的例項

其實，如果一個類被設計成不可變的類，那麼這個類的例項化物件也是不可變的。

不可變類：當你獲得這個類的一個例項引用時，你不可以改變這個例項的內容。

那麼，什麼是不可變物件？

一旦一個類的例項化物件被建立並初始化，那麼它就不可以被改變。我們可以呼叫訪問器方法（getter），複製物件，或者傳遞物件，但是不允許任何方法改變這個物件的狀態。包裝類（e.g.Integer或Float）和String類是不可變類的代表。

訪問器方法(accessor method)：對成員變數做出訪問的方法，e.g.getter()方法。

修改器方法(mutator method)：對成員變數做出修改的方法，e.g.setter()方法。

定義一個不可變類

如果我們要自己建立一個不可變類，需要遵守下面的規則：

將成員變數（field：在一些書中也翻譯為域）宣告成final並在構造器中初始化。

對於基本型別的成員變數，用final修飾，一旦它被初始化，就不能被改變了。而對於引用型別的成員變數，不能夠改變它的引用。

成員變數如果被宣告稱final，那麼構建物件時，必須要初始化這樣的域

引用型別是可變的，我們需要採取一些措施來保證它的不可變性。

為什麼？如果我們只是宣告瞭一個final的可變引用型別，那麼這個引用可以去引用外部的類，或者被其他外部類引用。在這種情況下，我們要做到：

1.這些方法不會改變這些可變物件中的內容

2.不要將這些引用分享到外部供其他類使用，例如，如果對成員變數的引用是可以被其他類改變的，那麼這些外部類就可以改變這個類中的內容。

3.如果必須要返回一個引用，那麼就返回一個物件的深度拷貝，這樣儘管返回的物件內容改變了，但也儲存著原始的內容。

只提供訪問器方法（i.e. getter方法）不提供修改器方法（i.e.setter方法）

如果一定要改變這個物件的內容，那就建立一個新的不可變物件內容做相應的修改，返回修改後的物件的引用

宣告類是final的。如果一個類可以被繼承，那麼它子類就可以過載它的方法，並且修改成員變數

Java API中不可變類的例子

讓我們來回顧一下String類，用它來理解上述的幾個方面在String類實現中的體現：

所有在Stirng類中成員變數都被宣告成private，這些成員變數都在構造器中在構建物件時被初始化。

trim concat substring 都可以改變String的物件，為了保證String的不可變性，這些方法都返回的是一個改變相應內容後新的物件。

string類被宣告稱final，所以任何類都不能繼承，過載它的方法。

自己實現一個不可變類

接下來我們自己實現一個不可變類ImmutableCircle。

//ImmutableCircle.java
// Point is a mutable class
class Point {
    private int xPos, yPos;
    public Point(int x, int y) {
       xPos = x;
       yPos = y;
    }
    public String toString() {
        return "x = " + xPos + ", y = " + yPos;
    }
    int getX() { return xPos; }
    int getY() { return yPos; }
}
// ImmutableCircle is an immutable class – the state of its objects
// cannot be modified once the object is created
public final class ImmutableCircle {
private final Point center;
private final int radius;
public ImmutableCircle(int x, int y, int r) {
center = new Point(x, y);
radius = r;
}
public String toString() {
return "center: " + center + " and radius = " + radius;
}
public int getRadius() {
return radius;
}
public Point getCenter() {
// return a copy of the object to avoid
// the value of center changed from code outside the class
return new Point(center.getX(), center.getY());
}
public static void main(String []s) {
System.out.println(new ImmutableCircle(10, 10, 20));
}
// other members are elided ...
}

上面的程式執行之後，列印：

center: x = 10, y = 10 and radius = 20

上面的程式體現了不可變類的以下幾點：

• 這個類被宣告成final，不可以被繼承，也不可以過載它的方法
• 這個類的成員變數都是final並且是私有的
• 因為成員變數center是一個引用型別，是可變的，所以在他的getter方法中，返回的是對point物件的拷貝

設計一個不可變的類最關鍵的一點：

要注意引用型別的成員變數，如果成員變數的型別是可變的引用型別，就必須要採取必要的措施來保護這個成員變數不會被修改

不可變類不足的地方

不可變物件同樣也有不足的地方。為了保證不可變性，不可變類中的方法會建立出一定量的物件的拷貝。例如，在上面的程式碼中，每次呼叫getcenter方法都會新建並返回一個point物件的拷貝。而假如我們只需要呼叫一次，返回一個point物件，就沒必要費盡心神的去設計一個不可變類，僅僅只需要一個可變的immutablecircle類就可以了。

String類在很多應用場景中都會用到，如果我們呼叫String類中trim，concat，或者是在迴圈中呼叫substring方法，都會建立一個新的臨時String物件。同時，java也提供了Stringbuffer和Stringbuilder的可變類。他們同String一樣，但是卻可以改變這個物件的內容。所以，我們可以根據不同的場景使用String類或者Stringbuffer/Stringbuilder類。

總結，文章的最後還是那句話，要根據自己的實際需要，去設計程式碼，而不要過度設計。