Java不可变类机制浅析

 更新时间:2017年02月05日 11:54:06   作者:fuzhongmin05   我要评论
所谓的不可变类是指这个类的实例一旦创建完成后,就不能改变其成员变量值。如JDK内部自带的很多不可变类:Interger、Long和String等。接下来通过本文给大家介绍Java不可变类机制,需要的朋友参考下

 不可变类(Immutable Class):所谓的不可变类是指这个类的实例一旦创建完成后,就不能改变其成员变量值。如JDK内部自带的很多不可变类:Interger、Long和String等。

可变类(Mutable Class):相对于不可变类,可变类创建实例后可以改变其成员变量值,开发中创建的大部分类都属于可变类。

不可变类的特性对JAVA来说带来怎样的好处?

1)线程安全:不可变对象是线程安全的,在线程之间可以相互共享,不需要利用特殊机制来保证同步问题,因为对象的值无法改变。可以降低并发错误的可能性,因为不需要用一些锁机制等保证内存一致性问题也减少了同步开销。

2)易于构造、使用和测试。

不可变类的设计原则

如何在Java中写出Immutable的类?要写出这样的类,需要遵循以下几个原则:

1)immutable对象的状态在创建之后就不能发生改变,任何对它的改变都应该产生一个新的对象。

2)Immutable类的所有的成员都应该是private final的。通过这种方式保证成员变量不可改变。但只做到这一步还不够,因为如果成员变量是对象,它保存的只是引用,有可能在外部改变其引用指向的值,所以第5点弥补这个不足

3)对象必须被正确的创建,比如:对象引用在对象创建过程中不能泄露。4)只提供读取成员变量的get方法,不提供改变成员变量的set方法,避免通过其他接口改变成员变量的值,破坏不可变特性。

5)类应该是final的,保证类不被继承,如果类可以被继承会破坏类的不可变性机制,只要继承类覆盖父类的方法并且继承类可以改变成员变量值,那么一旦子类以父类的形式出现时,不能保证当前类是否可变。

6)如果类中包含mutable类对象,那么返回给客户端的时候,返回该对象的一个深拷贝,而不是该对象本身(该条可以归为第一条中的一个特例)

如果将构造器传入的对象直接赋值给成员变量,还是可以通过对传入对象的修改进而导致改变内部变量的值。例如:

public final class ImmutableDemo { 
  private final int[] myArray; 
  public ImmutableDemo(int[] array) { 
    this.myArray = array;  // wrong 
  } 
}

这种方式不能保证不可变性,myArray和array指向同一块内存地址,用户可以在ImmutableDemo之外通过修改array对象的值来改变myArray内部的值。为了保证内部的值不被修改,可以采用深度copy来创建一个新内存保存传入的值。正确做法:

public final class MyImmutableDemo { 
  private final int[] myArray; 
  public MyImmutableDemo(int[] array) { 
    this.myArray = array.clone();  
  }  
}

String类的不可变实现

String对象在内存创建后就不可改变,不可变对象的创建一般满足以上原则,我们看看String代码是如何实现的。

public final class String
  implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence
{
  private final char value[]; /** The value is used for character storage. */
  /** The offset is the first index of the storage that is used. */
  private final int offset;
  /** The count is the number of characters in the String. */
  private final int count;
  private int hash; // Default to 0
  ....
  public String(char value[]) {
     this.value = Arrays.copyOf(value, value.length); // deep copy操作
   }
   public char[] toCharArray() {
    char result[] = new char[value.length];
    System.arraycopy(value, 0, result, 0, value.length);
    return result;
  }
  ...
}

如代码所示,可以观察到String类的设计符合上面总结的不变类型的设计原则。虽然String对象将value设置为final,并且还通过各种机制保证其成员变量不可改变。但是还是可以通过反射机制改变其值。例如:

String s = "Hello World"; //创建字符串"Hello World", 并赋给引用s
System.out.println("s = " + s);   
//获取String类中的value字段
Field valueFieldOfString = String.class.getDeclaredField("value");
valueFieldOfString.setAccessible(true); //改变value属性的访问权限
char[] value = (char[]) valueFieldOfString.get(s);
value[5] = '_'; //改变value所引用的数组中的第5个字符
System.out.println("s = " + s);   //Hello_World打印结果为:
s = Hello World
s = Hello_World

发现String的值已经发生了改变。也就是说,通过反射是可以修改所谓的“不可变”对象的。

不可变类是实例创建后就不可以改变成员遍历的值。这种特性使得不可变类提供了线程安全的特性,但同时也带来了对象创建的开销,每更改一个属性都是重新创建一个新的对象。JDK内部也提供了很多不可变类如Integer、Double、String等。String的不可变特性主要为了满足常量池、线程安全、类加载的需求。合理使用不可变类可以带来极大的好处。

以上所述是小编给大家介绍的Java不可变类机制浅析,希望对大家有所帮助,如果大家有任何疑问欢迎给我留言,小编会及时回复大家的!

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