什么是Java中的不可变类？

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2024-09-12

在Java中，不可变类（Immutable Class）是指一旦创建，其对象的状态（字段值）就无法被修改的类。换句话说，类的所有实例都是只读的，不能在创建后通过修改字段来改变其内容。

不可变类的常见例子是String类，创建的字符串对象一旦初始化，它的值不能被更改。

创建不可变类的要点

为了创建一个不可变类，通常需要遵循以下几个关键点：

类必须声明为final，以防止子类继承后改变其不可变性。
```
public final class ImmutableClass { ... }
```
所有字段必须是私有的和最终的（private final），确保它们在初始化之后无法被修改。
```
private final int value;
```
不提供setter方法。因为setter方法会允许修改字段的值，所以不可变类不会提供这些方法。
```
// 没有setter方法
```
通过构造函数初始化所有字段。对象的所有字段都必须通过构造函数进行初始化，保证在对象创建时所有值都已经确定。
```
public ImmutableClass(int value) {
    this.value = value;
}
```

如果类包含可变对象（例如数组、集合、或自定义的类对象）作为字段，必须确保这些对象的引用不会被修改。这可以通过：

在构造函数中创建这些可变对象的防御性拷贝（deep copy）。
在返回可变对象的getter方法中返回其拷贝，而不是原始对象。

示例：

public final class ImmutableClass {
    private final int[] array;

    public ImmutableClass(int[] array) {
        // 防御性拷贝，防止外部对象对传入数组的修改影响类内部
        this.array = array.clone();
    }

    public int[] getArray() {
        // 返回数组的副本，而不是直接返回内部的数组引用
        return array.clone();
    }
}

不可变类的优点

线程安全：不可变类的对象是天然线程安全的，因为它们的状态在创建后不能被修改。因此，不需要同步（synchronized）来保证线程安全。
易于维护：不可变对象的状态不会在对象生命周期中改变，减少了调试和维护时的复杂性。
可以作为缓存或集合的键：因为不可变对象的哈希值（hashcode）在创建后不会改变，因此它们适合作为HashMap的键或放在HashSet中。
可以放心共享：因为不可变对象不会变，可以在不同地方、不同线程中自由共享而不会引发竞态条件。

示例：创建不可变类

以下是一个简单的不可变类的示例：

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

    public ImmutablePerson(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }
}

在这个例子中，ImmutablePerson类是不可变的：

它被声明为final，不能被子类继承。
name和age是私有的并且是final，只能在构造时赋值。
没有setter方法，只提供getter方法来访问字段。

总结

不可变类在并发编程、缓存设计、数据传输等场景中有着广泛的应用。通过遵循不可变类的设计原则，可以构建出更加安全、可维护和高效的Java程序。