Java中创建不可变的类

相信，学java的人，都应该知道class和object确切表示什么意思。

class：java中class确切的表示为一个类

object：java中object确切的表示为一个对象，也称为类的实例

其实，如果一个类被设计成不可变的类，那么这个类的实例化对象也是不可变的。

不可变类：当你获得这个类的一个实例引用时，你不可以改变这个实例的内容。

那么，什么是不可变对象？

一旦一个类的实例化对象被创建并初始化，那么它就不可以被改变。我们可以调用访问器方法（getter），复制对象，或者传递对象，但是不允许任何方法改变这个对象的状态。包装类（e.g.Integer或Float）和String类是不可变类的代表。

访问器方法(accessor method)：对成员变量做出访问的方法，e.g.getter()方法。

修改器方法(mutator method)：对成员变量做出修改的方法，e.g.setter()方法。

定义一个不可变类

如果我们要自己创建一个不可变类，需要遵守下面的规则：

将成员变量（field：在一些书中也翻译为域）声明成final并在构造器中初始化。

对于基本类型的成员变量，用final修饰，一旦它被初始化，就不能被改变了。而对于引用类型的成员变量，不能够改变它的引用。

成员变量如果被声明称final，那么构建对象时，必须要初始化这样的域

引用类型是可变的，我们需要采取一些措施来保证它的不可变性。

为什么？如果我们只是声明了一个final的可变引用类型，那么这个引用可以去引用外部的类，或者被其他外部类引用。在这种情况下，我们要做到：

1.这些方法不会改变这些可变对象中的内容

2.不要将这些引用分享到外部供其他类使用，例如，如果对成员变量的引用是可以被其他类改变的，那么这些外部类就可以改变这个类中的内容。

3.如果必须要返回一个引用，那么就返回一个对象的深度拷贝，这样尽管返回的对象内容改变了，但也保存着原始的内容。

只提供访问器方法（i.e. getter方法）不提供修改器方法（i.e.setter方法）

如果一定要改变这个对象的内容，那就创建一个新的不可变对象内容做相应的修改，返回修改后的对象的引用

声明类是final的。如果一个类可以被继承，那么它子类就可以重载它的方法，并且修改成员变量

Java API中不可变类的例子

让我们来回顾一下String类，用它来理解上述的几个方面在String类实现中的体现：

所有在Stirng类中成员变量都被声明成private，这些成员变量都在构造器中在构建对象时被初始化。

trim concat substring 都可以改变String的对象，为了保证String的不可变性，这些方法都返回的是一个改变相应内容后新的对象。

string类被声明称final，所以任何类都不能继承，重载它的方法。

自己实现一个不可变类

接下来我们自己实现一个不可变类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 ...
}

上面的程序运行之后，打印：

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

上面的程序体现了不可变类的以下几点：

• 这个类被声明成final，不可以被继承，也不可以重载它的方法
• 这个类的成员变量都是final并且是私有的
• 因为成员变量center是一个引用类型，是可变的，所以在他的getter方法中，返回的是对point对象的拷贝

设计一个不可变的类最关键的一点：

要注意引用类型的成员变量，如果成员变量的类型是可变的引用类型，就必须要采取必要的措施来保护这个成员变量不会被修改

不可变类不足的地方

不可变对象同样也有不足的地方。为了保证不可变性，不可变类中的方法会创建出一定量的对象的拷贝。例如，在上面的代码中，每次调用getcenter方法都会新建并返回一个point对象的拷贝。而假如我们只需要调用一次，返回一个point对象，就没必要费尽心神的去设计一个不可变类，仅仅只需要一个可变的immutablecircle类就可以了。

String类在很多应用场景中都会用到，如果我们调用String类中trim，concat，或者是在循环中调用substring方法，都会创建一个新的临时String对象。同时，java也提供了Stringbuffer和Stringbuilder的可变类。他们同String一样，但是却可以改变这个对象的内容。所以，我们可以根据不同的场景使用String类或者Stringbuffer/Stringbuilder类。

总结，文章的最后还是那句话，要根据自己的实际需要，去设计代码，而不要过度设计。