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2 、什么是Java中的不可变类

article 2025/1/3 22:20:56

在Java中，不可变类（Immutable Class）是指一类其对象一旦创建后，就不能更改其状态（即对象的字段值不能被修改）的类。不可变类提供了一种安全的方式来管理对象，尤其是在并发编程中，能够防止多个线程对同一对象进行修改，确保数据的一致性和线程安全。

不可变类的特点

字段值不可变：类中的所有字段在对象创建后不能修改。
没有“setter”方法：不可变类通常不会提供修改对象状态的“setter”方法，所有字段值在构造时就被确定下来，之后不能修改。
构造时赋值：对象的所有字段都必须在构造函数中赋值，一旦赋值就不能更改。
深拷贝：对于引用类型字段（如数组或对象引用），如果字段是可变的，通常需要使用深拷贝（deep copy）来确保外部对对象的修改不会影响到不可变对象的状态。
线程安全：由于不可变对象的状态不能被修改，它是线程安全的，因此在多线程环境下也不会遇到同步问题。

不可变类的设计方法

为了设计一个不可变类，通常需要遵循以下几个步骤：

使用final关键字：将类声明为final，确保该类不能被继承，从而防止子类修改其行为。
将所有字段声明为private和final：确保字段不能被外部访问和修改。
提供一个构造函数：通过构造函数将所有字段的值初始化。
没有“setter”方法：避免通过“setter”方法来修改字段。
如果字段是引用类型，使用深拷贝：如果类包含引用类型字段，确保这些字段被正确地拷贝（深拷贝），以防止外部对这些引用的修改。

不可变类的示例

以下是一个经典的不可变类的示例：

public final class Person {
    private final String name;
    private final int age;

    // 构造函数初始化所有字段
    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    // 获取字段值的方法（没有setter）
    public String getName() {
        return name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }
}

解释：

final class：类声明为final，避免被继承。
final字段：字段name和age声明为final，确保它们只能在构造时被赋值一次。
没有“setter”方法：没有提供任何修改字段值的方法，这样字段值在对象创建后不能被修改。

不可变类的实际应用

不可变类广泛应用于以下场景：

字符串类（String）：Java中的String类是一个经典的不可变类。String对象一旦创建，其内容不能改变，因此具有高效的内存管理和线程安全性。
日期类（LocalDate、LocalTime、LocalDateTime等）：java.time包中的日期和时间类通常是不可变的。
缓存对象：不可变对象可以作为缓存的键，保证对象的状态在使用过程中不会改变。

深拷贝（Deep Copy）

如果不可变类包含可变对象类型的字段（如数组、集合或自定义对象），那么需要在构造函数中使用深拷贝来确保原始数据不被修改。例如：

public final class Employee {
    private final String name;
    private final int[] scores;

    public Employee(String name, int[] scores) {
        this.name = name;
        // 使用深拷贝，防止外部修改数组
        this.scores = scores.clone();
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public int[] getScores() {
        return scores.clone();  // 返回一个副本，防止外部修改
    }
}