Java 中的不可变对象

1. 概述

在本教程中，我们将学习是什么使对象不可变，如何在 Java 中实现不可变性，以及这样做有什么好处。

2. 什么是不可变对象？

不可变对象是其内部状态在完全创建后保持不变的对象。

这意味着不可变对象的公共 API 保证了它在其整个生命周期中的行为方式相同。

如果我们看一下类 String，我们可以看到，即使它的 API 似乎通过其replace方法为我们提供了可变行为，原始字符串也不会改变：

String name = "testjack";
String newName = name.replace("jack", "----");

assertEquals("testjack", name);
assertEquals("test----", newName);Copy

API 为我们提供了只读方法，它绝不应包含更改对象内部状态的方法。

3. Java中的final 关键字

在尝试在 Java 中实现不变性之前，我们应该讨论final关键字。

在 Java 中，变量默认是可变的，这意味着我们可以更改它们保存的值。

通过在声明变量时使用final关键字，Java 编译器不允许我们更改该变量的值。相反，它将报告编译时错误：

final String name = "baeldung";
name = "bael...";Copy

请注意，final仅禁止我们更改变量持有的引用，它不会保护我们使用其公共 API 更改它引用的对象的内部状态：

final List<String> strings = new ArrayList<>();
assertEquals(0, strings.size());
strings.add("testjack");
assertEquals(0, strings.size());Copy

第二个assertEquals将失败，因为将元素添加到列表中会更改其大小，因此，它不是一个不可变的对象。

4. Java中的不可变性

现在我们知道了如何避免更改变量的内容，我们可以使用它来构建不可变对象的 API。

构建不可变对象的 API 需要我们保证无论我们如何使用其 API 都不会更改其内部状态。

朝着正确方向前进的一步是在声明其属性时使用final：

class Money {
    private final double amount;
    private final Currency currency;

    // ...
}Copy

请注意，Java保证了金额的值不会改变，所有基元类型变量都是如此。

但是，在我们的示例中，我们只能保证货币不会更改，因此我们必须依靠货币API 来保护自身免受更改。

大多数时候，我们需要对象的属性来保存自定义值，而初始化不可变对象的内部状态的地方是它的构造函数：

class Money {
    // ...
    public Money(double amount, Currency currency) {
        this.amount = amount;
        this.currency = currency;
    }

    public Currency getCurrency() {
        return currency;
    }

    public double getAmount() {
        return amount;
    }
}Copy

正如我们之前所说，为了满足不可变 API 的要求，我们的Money类只有只读方法。

使用反射 API，我们可以打破不可变性并更改不可变对象。但是，反射违反了不可变对象的公共 API，通常，我们应该避免这样做。

5. 好处

由于不可变对象的内部状态在时间上保持不变，因此我们可以在多个线程之间安全地共享它。

我们也可以自由使用它，引用它的对象都不会注意到任何差异，我们可以说不可变的对象没有副作用。

6. 结论

不可变对象不会及时更改其内部状态，它们是线程安全的，并且没有副作用。由于这些属性，不可变对象在处理多线程环境时也特别有用。