Java中的不可变类

概念：不可变类的意思是创建该类的实例后，该实例的属性是不可改变的。java中的8个包装类和String类都是不可变类。所以不可变类并不是指该类是被final修饰的，而是指该类的属性是被final修饰的。

自定义不可变类遵守如下原则：

1、使用private和final修饰符来修饰该类的属性。

2、提供带参数的构造器，用于根据传入的参数来初始化属性。

3、仅为该类属性提供getter方法，不要提供setter方法。

4、如果有必要，重写hashCode和equals方法，同时应保证两个用equals方法判断为相等的对象，其hashCode也应相等。

构造一个不可变类非常容易，下面举一个简单例子：

package com.home;

public class Address {
	private final String detail;

	public Address() {
		this.detail = "";
	}

	public Address(String detail) {
		this.detail = detail;
	}

	public String getDetail() {
		return detail;
	}

	@Override
	public int hashCode() {
		return detail.hashCode();
	}

	@Override
	public boolean equals(Object obj) {
		if (obj instanceof Address) {
			Address address = (Address) obj;
			if (this.getDetail().equals(address.getDetail())) {
				return true;
			}
		}
		return false;
	}

}

但是值得注意的是，该类的属性虽然是被final修饰的，但若属性是非String的其他引用类型的话，那么虽然该属性的内容（所指对象的地址）不会改变，但其指向的对象却有可能会改变，这样的类当然并不能成为不可变类。比如下面的Person类中有一个Name类型的属性：

package com.home;

public class Person {
	private final Name name;

	public Person(Name name) {
		super();
		this.name = name;
	}

	public Name getName() {
		return name;
	}

	public static void main(String[] args) {
		Name n = new Name("三", "张");
		Person p = new Person(n);
		System.out.println(p.getName().getFirstName());
		// 改变Person对象Name属性的firstName属性值
		n.setFirstName("无忌");
		System.out.println(p.getName().getFirstName());
	}
}

Name：

package com.home;

public class Name {
	private String firstName;
	private String lastName;

	public Name() {
		super();
	}

	public Name(String firstName, String lastName) {
		super();
		this.firstName = firstName;
		this.lastName = lastName;
	}

	public String getFirstName() {
		return firstName;
	}

	public void setFirstName(String firstName) {
		this.firstName = firstName;
	}

	public String getLastName() {
		return lastName;
	}

	public void setLastName(String lastName) {
		this.lastName = lastName;
	}
}

运行上面程序可以看到，Person对象的Name属性的firstName属性已经被改变，这就违背了不可变类设计的初衷。我们可以采取如下办法来解决，修改Person类如下：

package com.home;

public class Person {
	private final Name name;

	public Person(Name name) {
		super();
		// 设置name属性为临时创建的Name对象，该对象的firstName属性和lastName属性
		// 与传入的name对象的firstName属性和lastName属性相同
		this.name = new Name(name.getFirstName(), name.getLastName());
	}

	public Name getName() {

		// 返回一个匿名对象，该对象的firstName属性和lastName属性
		// 与该对象里的name属性的firstName属性和lastName属性相同
		return new Name(name.getFirstName(), name.getLastName());
	}

	public static void main(String[] args) {
		Name n = new Name("三", "张");
		Person p = new Person(n);
		System.out.println(p.getName().getFirstName());
		// 改变Person对象Name属性的firstName属性值
		n.setFirstName("无忌");
		System.out.println(p.getName().getFirstName());
	}
}

再次运行程序，发现Person对象的Name属性的firstName属性没有改变了。

另外，由于不可变类的实例的状态不可改变，所以可以很方便地被多个对象所共享，那么如果程序要经常使用相同的不可变类实例，为了减少系统开销，一般要考虑使用缓存机制。下面使用数组作为缓存池来构建一个可以缓存实例的不可变类：

package com.home;

public class CacheImmutale {
	private final String name;
	private static CacheImmutale[] cache = new CacheImmutale[10];
	private static int pos = 0;

	public CacheImmutale(String name) {
		super();
		this.name = name;
	}

	public String getName() {
		return name;
	}

	public static CacheImmutale valueOf(String name) {
		// 遍历已缓存的对象
		for (int i = 0; i < pos; i++) {
			// 如果已有相同实例，直接返回该缓存的实例
			if (cache[i] != null && cache[i].getName().equals(name)) {
				return cache[i];
			}
		}
		// 如果缓冲池已满
		if (pos == 10) {
			// 把缓存的第一个对象覆盖
			cache[0] = new CacheImmutale(name);
			pos = 1;
			return cache[0];
		} else {
			// 把新创建的对象缓存起来，pos加1
			cache[pos++] = new CacheImmutale(name);
			return cache[pos - 1];
		}
	}

	@Override
	public int hashCode() {
		return name.hashCode();
	}

	@Override
	public boolean equals(Object obj) {
		if (obj instanceof CacheImmutale) {
			CacheImmutale ci = (CacheImmutale) obj;
			if (name.equals(ci.getName())) {
				return true;
			}
		}
		return false;
	}

	public static void main(String[] args) {
		CacheImmutale c1 = CacheImmutale.valueOf("hello");
		CacheImmutale c2 = CacheImmutale.valueOf("hello");
		System.out.println(c1 == c2);// 输出结果为true
	}
}

对于缓存的使用，应根据系统需求而定，简单的说，如果某个对象使用的次数不多，重复使用的概率不大，就没必要使用缓存，毕竟缓存的对象也会占用系统内存。如果某个对象需要频换地重复使用，这时就应该使用缓存了。

另外，上面的示例来源疯狂JAVA讲义一书，个人对上面那个Person类里面的属性是引用类型的解决办法存有疑问，他那种办法虽然保证的Person对象的Name属性所指对象的内容没有改变，但Person对象返回的Name属性已经不是同一个属性了，它的地址已发生改变，赋值和返回都是通过new出来的，我个人做了如下改进，觉得更合理：

package com.home;

public class Person {
	private final Name name;

	public Person(Name name) {
		super();
		// 设置name属性为临时创建的Name对象，该对象的firstName属性和lastName属性
		// 与传入的name对象的firstName属性和lastName属性相同
		this.name = new Name(name.getFirstName(), name.getLastName());
	}

	public Name getName() {
		// 直接返回当前实例的name属性即可
		return name;
	}

	public static void main(String[] args) {
		Name n = new Name("三", "张");
		Person p = new Person(n);
		System.out.println(p.getName() + "  " + p.getName().getFirstName());
		// 改变Person对象Name属性的firstName属性值
		n.setFirstName("无忌");
		System.out.println(p.getName() + "  " + p.getName().getFirstName());
	}
}

从打印结果可以看出p的name属性的地址和所指内容都没变。