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如何在Java中创建不可变类?

2020-03-01    
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如果对象的状态在构造后无法更改,则该对象是不可变的。不可变的对象不会让其他对象修改其状态。对象的字段在构造函数内部仅初始化一次,以后再也不会更改。

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遇到的常见错误。

1.不可变类的用法

如今,每个软件应用程序的“必备”规范都将被分发和使用多线程。多线程应用程序总是使开发人员感到头疼,因为要求开发人员保护其对象的状态,以防止同时修改多个线程。同时,为此,开发人员通常在修改对象状态时使用“ 同步”块。

对于不可变的类,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,因此每个线程将使用不同的实例,并且开发人员不必担心并发修改。

2.一些流行的不可变类

字符串 是Java中最流行的不可变类。初始化后,其值将无法修改。操作像修剪(),子串(),替换()总是返回一个新的实例,并不会影响当前的实例,这就是为什么我们通常所说的修剪() ,如下所示:

String alex = "Alex";

alex = alex.trim();

JDK的另一个示例是包装器类,例如:Integer,Float,Boolean……这些类不会修改其状态,但是,每次您尝试对其进行修改时,它们都会创建一个新实例。

Integer a =3;

a += 3;

调用+ = 3之后,将创建一个新实例,其值保持为:6,并且第一个实例丢失。

3.我们如何创建一个不可变的类

为了创建一个不可变的类,您应该遵循以下步骤:

1.

将您的班级定为最终以便其他班级无法对其进行扩展。

2.

3. 将所有字段定为最终字段以使它们在构造函数中仅初始化一次,之后再也不会修改。

4. 不要公开setter方法。

5. 在公开修改类状态的方法时,必须始终返回该类的新实例。

6. 如果该类包含一个可变对象:

1. 在构造函数内部,请确保使用传递的参数的克隆副本,并且切勿将可变字段设置为通过构造函数传递的真实实例,这是为了防止传递对象的客户端事后对其进行修改。

2. 确保始终返回该字段的副本,而不返回真实对象实例。

3.1简单不可变类

让我们按照上述步骤操作,并创建自己的不可变类(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,并且从不以任何方式公开其字段;这些类型的类通常用于缓存。

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中:

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;

private final Age age;

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

this.name = name;

this.id = id;

this.age = age;

return id;

return name;

public Age getAge() {

return age;

因此,我们在不可变类中添加了类型为Age的新可变字段,并在构造函数中按常规分配了该字段。

让我们创建一个简单的测试类,并验证ImmutableStudent是否不再不可变:

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是一个不可变的类,其状态在构造之后就不会修改,但是在上面的示例中,即使在构造Alex对象之后,我们也能够修改Alex的年龄。如果我们返回ImmutableStudent构造函数的实现,则会发现age字段已分配给Age参数的实例,因此,只要在类外部修改了引用的Age,该更改就会直接反映在Alex的状态上请查看我的“ 按价值传递”或“按参考传递”文章,以更深入地了解此概念。

为了解决这个问题并使我们的类再次变得不可变,我们遵循上面提到的创建不可变类的步骤中的步骤5。因此,我们修改了构造函数,以克隆传递的Age参数并使用其实例。

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

Age cloneAge = new Age();

cloneAge.setDay(age.getDay());

cloneAge.setMonth(age.getMonth());

cloneAge.setYear(age.getYear());

this.age = cloneAge;

现在,如果运行测试,将得到以下输出:

Alex age year after modification = 1992

正如您现在所看到的,Alex的年龄在构建之后再也不会受到影响,我们的班级又回到了不变的状态。

3.3从不可变类返回可变对象

但是,我们的类仍然有泄漏,并且不是完全不变的,让我们采取以下测试方案:

student.getAge().setYear(1993);

输出:

再次根据步骤4,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,而不是该字段的真实实例。

因此,我们修改了getAge()以便返回该对象年龄的副本:

public Age getAge() {

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

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

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

return cloneAge;

现在,该类变得完全不可变,并且没有为其他对象提供任何方法或方法来修改其状态。

4.结论

不可变的类具有很多优点,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的内存,因为每次对其进行修改后,都会在内存中创建一个新对象...但是,与这些类提供的优点相比,开发人员不应高估内存消耗,因为它可以忽略不计类的类型。

最后,如果一个对象仅能向其他对象呈现一种状态,则无论它们如何以及何时调用其方法,该对象都是不可变的。如果是这样,则通过任何线程安全的定义都是线程安全的。

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