Java - 将可变性最小化
不可变类,即实例不能被修改的类,实例中包含的所有信息在对象的生命周期内固定不变。
常见的比如String、基本类型的封装类、BigDecimal、BigInteger。
相对与可变类,不可变更易于设计、实现、使用,且更稳定(less prone to error)更安全。
比如,不可变类本质上就是线程安全的,不需要做同步处理,使用起来也非常方便。
设计不可变类,我们有5个原则
- 不提供任何可修改对象状态的方法。(这种方法也成为mutator,相应词汇"可变性(mutability)")
- 保证类不会被扩展(extends),以防止通过子类修改对象状态。防止扩展的方式通常是用final修饰。
- 尽量使所有的field加上final修饰。
- 尽量使所有的field都是private。虽然给一个基本类型或者指向不可变引用的field加上final可以防止直接修改field,但我们还需要考虑在以后的版本中变更field的表示法。
- Ensure exclusive access to any mutable components.
即,如果一个field指向可变对象,则需要防止用户直接获得该可变对象。可以通过在构造器、getter、readObject中返回对象的拷贝的方式解决这一问题。
以书中代码为例,这是一种典型的不可变类:
public final class Complex {
private final double re;
private final double im;
public Complex(double re, double im) {
this.re = re;
this.im = im;
}
// Accessors with no corresponding mutators
public double realPart() {
return re;
}
public double imaginaryPart() {
return im;
}
public Complex add(Complex c) {
return new Complex(re + c.re, im + c.im);
}
public Complex subtract(Complex c) {
return new Complex(re - c.re, im - c.im);
}
public Complex multiply(Complex c) {
return new Complex(re * c.re - im * c.im, re * c.im + im * c.re);
}
public Complex divide(Complex c) {
double tmp = c.re * c.re + c.im * c.im;
return new Complex((re * c.re + im * c.im) / tmp, (im * c.re - re
* c.im)
/ tmp);
}
@Override
public boolean equals(Object o) {
if (o == this)
return true;
if (!(o instanceof Complex))
return false;
Complex c = (Complex) o;
// See page 43 to find out why we use compare instead of ==
return Double.compare(re, c.re) == 0 && Double.compare(im, c.im) == 0;
}
@Override
public int hashCode() {
int result = 17 + hashDouble(re);
result = 31 * result + hashDouble(im);
return result;
}
private int hashDouble(double val) {
long longBits = Double.doubleToLongBits(re);
return (int) (longBits ^ (longBits >>> 32));
}
@Override
public String toString() {
return "(" + re + " + " + im + "i)";
}
}
鉴于不可变对象本质上就是线程安全的,不可变对象可以自由地进行传递,根本不用考虑在构造器或者getter中进行实例拷贝。
但正如上面的代码,使用不可变类的方法改变其自身状态时都要返回一个单独的对象。
如果创建对象的开销较大,这将有可能导致性能问题。
站在类提供者的立场上,我们有两种方法可以解决这一问题:
- 在类内部使用的操作尽量使用基本类型。
- 如果可以预想到那些状态经常会改变,则相应提供一个包级私有的配套类,比如,StringBuilder相对于String。
另外,如果因为某种原因不能使用final修饰不可变类,但又不希望被扩展,除了使用final是否还有其他方法。
方法就是,使用public static工厂方法取代所有public构造器。
比如:
public static Complex valueOf(double re, double im) {
return new Complex(re, im);
}
public static Complex valueOfPolar(double r, double theta) {
return new Complex(r * Math.cos(theta), r * Math.sin(theta));
}
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