可变类与不可变类
关于不可变类和可变类
关于不可变类和可变类
所谓不可变类，是指采用final关键字修饰的类，该类不可被继承，当创建了这个类的实例后，就不允许修改它的属性值。在JDK的基本类库中，所有基本类型的包装类，如Integer和Long类，都是不可变类，java.lang.String也是不可变类。以下代码创建了一个String对象和Integer对象，它们的值分别为“Hello”和 10，在程序代码中无法再改变这两个对象的值，因为Integer和String类没有提供修改其属性值的接口。
String s=new String("Hello");
Integer i=new Integer(10);
用户在创建自己的不可变类时，可以考虑采用以下设计模式：
1..把属性定义为private final类型。
2.不对外公开用于修改属性的setXXX()方法。
public Name(String firstname, String lastname) {
3.只对外公开用于读取属性的getXXX()方法。
4.在构造方法中初始化所有属性。
5.覆盖Object类的equals()和hashCode()方法。在equals()方法中根据对象的属性值来比较两个对象是否相等，并且保证用 equals()方法判断为相等的两个对象的hashCode()方法的返回值也相等，这可以保证这些对象能正确地放到HashMap或HashSet集合中。
如果需要的话，提供实例缓存和静态工厂方法，允许用户根据特定参数获得与之匹配的实例。
例程11-9的Name类就是不可变类，它仅仅提供了读取sex和description属性的getXXX()方法，但没有提供修改这些属性的setXXX()方法。
例程11-9 Name.java
public class Name {
private final String firstname;
private final String lastname;
public Name(String firstname, String lastname) {
所谓不可变类，是指采用final关键字修饰的类，该类不可被继承，当创建了这个类的实例后，就不允许修改它的属性值。在JDK的基本类库中，所有基本类型的包装类，如Integer和Long类，都是不可变类，java.lang.String也是不可变类。以下代码创建了一个String对象和Integer对象，它们的值分别为“Hello”和 10，在程序代码中无法再改变这两个对象的值，因为Integer和String类没有提供修改其属性值的接口。
String s=new String("Hello");
Integer i=new Integer(10);
用户在创建自己的不可变类时，可以考虑采用以下设计模式：
1..把属性定义为private final类型。
2.不对外公开用于修改属性的setXXX()方法。
public Name(String firstname, String lastname) {
3.只对外公开用于读取属性的getXXX()方法。
4.在构造方法中初始化所有属性。
5.覆盖Object类的equals()和hashCode()方法。在equals()方法中根据对象的属性值来比较两个对象是否相等，并且保证用 equals()方法判断为相等的两个对象的hashCode()方法的返回值也相等，这可以保证这些对象能正确地放到HashMap或HashSet集合中。
如果需要的话，提供实例缓存和静态工厂方法，允许用户根据特定参数获得与之匹配的实例。
例程11-9的Name类就是不可变类，它仅仅提供了读取sex和description属性的getXXX()方法，但没有提供修改这些属性的setXXX()方法。
例程11-9 Name.java
public class Name {
private final String firstname;
private final String lastname;
public Name(String firstname, String lastname) {
this.firstname = firstname;
this.lastname = lastname;
}
public String getFirstname(){
return firstname;
}
public String getLastname(){
return lastname;
}
public boolean equals(Object o){
if (this == o) return true;
if (!(o instanceof Name)) return false;
final Name name = (Name) o;
if(!firstname.equals(name.firstname)) return false;
if(!lastname.equals(name.lastname)) return false;
return true;
}
public int hashCode(){
int result;
result= (firstname==null?0:firstname.hashCode());
result = 29 * result + (lastname==null?0:lastname.hashCode());
return result;
}
public String toString(){
return lastname+" "+firstname;
}
}
假定Person类的name属性定义为Name类型：
public class Person{
private Name name ;
private Gender gender;
…
}
以下代码创建了两个Person对象，他们的姓名都是“王小红”，一个是女性，另一个是男性。在最后一行代码中，把第一个Person对象的姓名改为“王小虹”。
Name name=new Name("小红","王");
Person person1=new Person(name,Gender.FEMALE);
Person person2=new Person(name,Gender.MALE);
name=new Name("小虹","王");
person1.setName(name); //修改名字
与不可变类对应的是可变类，可变类的实例属性是允许修改的。如果把以上例程11-9的Name类的firstname属性和lastname属性的 final修饰符去除，并且增加相应的public类型的setFirstname()和setLastname()方法，Name类就变成了可变类。以下程序代码本来的意图也是创建两个Person对象，他们的姓名都是“王小红”，接着把第一个Person对象的姓名改为“王小虹”：
//假定以下Name类是可变类
Name name=new Name("小红","王");
Person person1=new Person(name,Gender.FEMALE);
Person person2=new Person(name,Gender.MALE);
name.setFirstname(" 小虹"); //试图修改第一个Person对象的名字
以上最后一行代码存在错误，因为它会把两个Person对象的姓名都改为“王小虹”。由此可见，使用可变类更容易使程序代码出错。因为随意改变一个可变类对象的状态，有可能会导致与之关联的其他对象的状态被错误地改变。
不可变类的实例在实例的整个生命周期中永远保持初始化的状态，它没有任何状态变化，简化了与其他对象之间的关系。不可变类具有以下优点：
l 不可变类能使程序更加安全，不容易出错。
l 不可变类是线程安全的，当多个线程访问不可变类的同一个实例时，无须进行线程的同步。
由此可见，应该优先考虑把类设计为不可变类，假使必须使用可变类，也应该把可变类尽可能多的属性设计为不可变的，即用final修饰符来修饰，并且不对外公开用于改变这些属性的方法。
在创建不可变类时，假如它的属性的类型是可变类型，在必要的情况下，必须提供保护性拷贝，否则，这个不可变类实例的属性仍然有可能被错误地修改。这条建议同样适用于可变类中用final修饰的属性。
例如例程11-10的Schedule类包含学校的开学时间和放假时间信息，它是不可变类，它的两个属性start和end都是final类型，表示不允许被改变，但是这两个属性都是Date类型，而Date类是可变类。
例程11-10 Schedule.java
import java.util.Date;
public final class Schedule{
private final Date start; //开学时间，不允许被改变
private final Date end; //放假时间，不允许被改变
public Schedule(Date start,Date end){
//不允许放假日期在开学日期的前面
if(start.compareTo(end)>0)
throw new IllegalArgumentException(start +" after " +end);
this.start=start;
this.end=end;
}
public Date getStart(){return start;}
public Date getEnd(){return end;}
}
尽管以上Schedule类的start和end属性是final类型的，但由于它们引用Date对象，在程序中可以修改所引用Date对象的属性。以下程序代码创建了一个Schedule对象，接下来把开学时间和放假时间都改为当前系统时间。
Calendar c= Calendar.getInstance();
c.set(2006,9,1);
Date start=c.getTime();
c.set(2007,1,25);
Date end=c.getTime();
Schedule s=new Schedule(start,end);
end.setTime(System.currentTimeMillis()); //修改放假时间
start=s.getStart();
start.setTime(System.currentTimeMillis()); //修改开学时间
为了保证Schedule对象的start属性和end属性值不会被修改，必须为这两个属性使用保护性拷贝，参见例程11-11。
例程11-11 采用了保护性拷贝的Schedule.java
import java.util.Date;
public final class Schedule {
private final Date start;
private final Date end;
public Schedule(Date start,Date end){
//不允许放假日期在开学日期的前面
if(start.compareTo(end)>0)throw new IllegalArgumentException(start +" after " +end);
this.start=new Date(start.getTime()); // 采用保护性拷贝
this.end=new Date(end.getTime()); // 采用保护性拷贝
}
public Date getStart(){return (Date)start.clone() ;} // 采用保护性拷贝
public Date getEnd(){return (Date)end.clone() ;} // 采用保护性拷贝
}
通过采用保护性拷贝，其他程序无法获得与Schedule对象关联的两个Date对象的引用，因此也就无法修改这两个Date对象的属性值。
Tips
如果Schedule类中被final修饰的属性所属的类是不可变类，就无须提供保护性拷贝，因为该属性所引用的实例的值永远不会被改变。这进一步体现了不可变类的优点。
return firstname;
}
public String getLastname(){
return lastname;
}
public boolean equals(Object o){
if (this == o) return true;
if (!(o instanceof Name)) return false;
final Name name = (Name) o;
if(!firstname.equals(name.firstname)) return false;
if(!lastname.equals(name.lastname)) return false;
return true;
}
public int hashCode(){
int result;
result= (firstname==null?0:firstname.hashCode());
result = 29 * result + (lastname==null?0:lastname.hashCode());
return result;
}
public String toString(){
return lastname+" "+firstname;
}
}
假定Person类的name属性定义为Name类型：
public class Person{
private Name name ;
private Gender gender;
…
}
以下代码创建了两个Person对象，他们的姓名都是“王小红”，一个是女性，另一个是男性。在最后一行代码中，把第一个Person对象的姓名改为“王小虹”。
Name name=new Name("小红","王");
Person person1=new Person(name,Gender.FEMALE);
Person person2=new Person(name,Gender.MALE);
name=new Name("小虹","王");
person1.setName(name); //修改名字
与不可变类对应的是可变类，可变类的实例属性是允许修改的。如果把以上例程11-9的Name类的firstname属性和lastname属性的 final修饰符去除，并且增加相应的public类型的setFirstname()和setLastname()方法，Name类就变成了可变类。以下程序代码本来的意图也是创建两个Person对象，他们的姓名都是“王小红”，接着把第一个Person对象的姓名改为“王小虹”：
//假定以下Name类是可变类
Name name=new Name("小红","王");
Person person1=new Person(name,Gender.FEMALE);
Person person2=new Person(name,Gender.MALE);
name.setFirstname(" 小虹"); //试图修改第一个Person对象的名字
以上最后一行代码存在错误，因为它会把两个Person对象的姓名都改为“王小虹”。由此可见，使用可变类更容易使程序代码出错。因为随意改变一个可变类对象的状态，有可能会导致与之关联的其他对象的状态被错误地改变。
不可变类的实例在实例的整个生命周期中永远保持初始化的状态，它没有任何状态变化，简化了与其他对象之间的关系。不可变类具有以下优点：
l 不可变类能使程序更加安全，不容易出错。
l 不可变类是线程安全的，当多个线程访问不可变类的同一个实例时，无须进行线程的同步。
由此可见，应该优先考虑把类设计为不可变类，假使必须使用可变类，也应该把可变类尽可能多的属性设计为不可变的，即用final修饰符来修饰，并且不对外公开用于改变这些属性的方法。
在创建不可变类时，假如它的属性的类型是可变类型，在必要的情况下，必须提供保护性拷贝，否则，这个不可变类实例的属性仍然有可能被错误地修改。这条建议同样适用于可变类中用final修饰的属性。
例如例程11-10的Schedule类包含学校的开学时间和放假时间信息，它是不可变类，它的两个属性start和end都是final类型，表示不允许被改变，但是这两个属性都是Date类型，而Date类是可变类。
例程11-10 Schedule.java
import java.util.Date;
public final class Schedule{
private final Date start; //开学时间，不允许被改变
private final Date end; //放假时间，不允许被改变
public Schedule(Date start,Date end){
//不允许放假日期在开学日期的前面
if(start.compareTo(end)>0)
throw new IllegalArgumentException(start +" after " +end);
this.start=start;
this.end=end;
}
public Date getStart(){return start;}
public Date getEnd(){return end;}
}
尽管以上Schedule类的start和end属性是final类型的，但由于它们引用Date对象，在程序中可以修改所引用Date对象的属性。以下程序代码创建了一个Schedule对象，接下来把开学时间和放假时间都改为当前系统时间。
Calendar c= Calendar.getInstance();
c.set(2006,9,1);
Date start=c.getTime();
c.set(2007,1,25);
Date end=c.getTime();
Schedule s=new Schedule(start,end);
end.setTime(System.currentTimeMillis()); //修改放假时间
start=s.getStart();
start.setTime(System.currentTimeMillis()); //修改开学时间
为了保证Schedule对象的start属性和end属性值不会被修改，必须为这两个属性使用保护性拷贝，参见例程11-11。
例程11-11 采用了保护性拷贝的Schedule.java
import java.util.Date;
public final class Schedule {
private final Date start;
private final Date end;
public Schedule(Date start,Date end){
//不允许放假日期在开学日期的前面
if(start.compareTo(end)>0)throw new IllegalArgumentException(start +" after " +end);
this.start=new Date(start.getTime()); // 采用保护性拷贝
this.end=new Date(end.getTime()); // 采用保护性拷贝
}
public Date getStart(){return (Date)start.clone() ;} // 采用保护性拷贝
public Date getEnd(){return (Date)end.clone() ;} // 采用保护性拷贝
}
通过采用保护性拷贝，其他程序无法获得与Schedule对象关联的两个Date对象的引用，因此也就无法修改这两个Date对象的属性值。
Tips
如果Schedule类中被final修饰的属性所属的类是不可变类，就无须提供保护性拷贝，因为该属性所引用的实例的值永远不会被改变。这进一步体现了不可变类的优点。
