你不知道怎么在Java中创建不可变类?详细教程

简介:   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中仅初始化一次,就再也不会更改。  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所犯的常见错误。

  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中仅初始化一次,就再也不会更改。

  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所犯的常见错误。

  如今,每个软件应用程序的“必备”规范都是分布式的。多线程应用程序总是使程序员们感到脑壳疼,因为开发人员需要同时保护其对象的状态不受多个线程的并发修改,所以呢,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,因此每个线程使用不同的实例,并且开发人员不必担心并发修改。

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

  String alex="Alex";

  alex=alex.trim();

  JDK的另一个例子是包装类,比如:Integer、Float、Boolean……这些类不会修改它们的状态,但你每次试图修改,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,并且第一个实例就丢失了。

  为了创建一个不可变的类,就要遵循以下步骤:

  将您的类定为最终类,以便其他类无法对其进行扩展。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。不要公开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:在构造函数内部,请确保使用传递的参数的克隆副本,并且永远不要将可变字段设置为通过构造函数传递的实际实例,这是为了防止传递对象的客户端事后对其进行修改。确保始终返回该字段的克隆副本,并且永远不要返回真实对象实例。

  3.1 简单不可变类

  让我们按照上述步骤创建一个自己的不可变类(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:

  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类型为Age的新可变字段,并将其作为普通字段赋给构造函数。

  下面我来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,其状态在二手回收平台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所引用的Age,该更改就会直接反映在Alex的状态上。

  为了解决这个问题并使我们的类再次变得不可变,我们从上面提到的创建不可变类的步骤开始执行步骤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,如果运行测试,将得到以下输出:

  Alex age year before modification=1992

  Alex age year after modification=1992

  正如上面所见,Alex的年龄在构造之后从未受到影响,我们的类又回到了不变的状态。

  但是,我们的类仍然有泄漏,并且不是完全不变的,所以我采取以下测试方案:

  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());

  }

  输出为:

  Alex age year before modification=1992

  Alex age year after modification=1993

  再次根据步骤4,从不可变对象返回可变字段时,应该返回克隆实例,而不是该字段的真实实例。

  所以,我们修改了getAge()以便返回该对象的年龄的副本:

  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,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。

  Alex age year before modification=1992

  Alex age year after modification=1992

  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,开发人员不应高估其消耗,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。

  希望上文能对你有帮助,喜欢可以关注哦。

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