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詳解Java如何實現(xiàn)一個像String一樣不可變的類

更新時間：2022年11月28日 09:36:27 作者：鴨血粉絲Tang

說到?String?大家都知道?String?是一個不可變的類；雖然用的很多，那不知道小伙伴們有沒有想過怎么樣創(chuàng)建一個自己的不可變的類呢？這篇文章就帶大家來實踐一下，創(chuàng)建一個自己的不可變的類

如果問你在日常開發(fā)中用到的最多的一個 Java 類是什么，阿粉敢打賭絕對是 String.class。說到 String 大家都知道 String 是一個不可變的類；雖然用的很多，那不知道小伙伴們有沒有想過怎么樣創(chuàng)建一個自己的不可變的類呢？這篇文章阿粉就帶大家來實踐一下，創(chuàng)建一個自己的不可變的類。

特性

在手動編寫代碼之前，我們先了解一下不可變類都有哪些特性，

定義類的時候需要使用 final 關(guān)鍵字進行修飾：之所以使用 final 進行修飾是因為這樣可以避免被其他類繼承，一旦有了子類繼承就會破壞父類的不可變性機制；
成員變量需要使用 final 關(guān)鍵詞修飾，并且需要是 private 的：避免屬性被外部修改；
成員變量不可提供 setter 方法，只能提供 getter 方法：避免被外部修改，并且避免返回成員變量本身；
提供所有字段的構(gòu)造函數(shù)；

實操

知道了不可變類的一些基本特性之后，我們來實際寫代碼操作一下，以及我們會驗證一下，如果不按照上面的要求來編寫的話，會出現(xiàn)什么樣的問題。

這里我們定義一個 Teacher 類來測試一下，按照我們上面提到的幾點，我們給類和屬性的定義都加上 final 代碼如下所示。

package?com.example.demo.immutable;

import?java.util.List;
import?java.util.Map;

public?final?class?Teacher?{
??private?final?String?name;
??private?final?List<String>?students;
??private?final?Address?address;
??private?final?Map<String,?String>?metadata;

??public?Teacher(String?name,?List<String>?students,?Address?address,?Map<String,?String>?metadata)?{
????this.name?=?name;
????this.students?=?students;
????this.address?=?address;
????this.metadata?=?metadata;
??}

??public?String?getName()?{
????return?name;
??}


??public?List<String>?getStudents()?{
????return?students;
??}

??public?Address?getAddress()?{
????return?address;
??}

??public?Map<String,?String>?getMetadata()?{
????return?metadata;
??}
}

package?com.example.demo.immutable;

public?class?Address?{
??private?String?country;
??private?String?city;

??public?String?getCountry()?{
????return?country;
??}

??public?void?setCountry(String?country)?{
????this.country?=?country;
??}

??public?String?getCity()?{
????return?city;
??}

??public?void?setCity(String?city)?{
????this.city?=?city;
??}
}

我們思考一下，上面的代碼是否真正的做到了不可變，好，我們思考三秒鐘，心里默默的數(shù)三下。為了回答這個問題，我們看下下面的測試代碼。

package?com.example.demo;

import?com.example.demo.immutable.Address;
import?com.example.demo.immutable.Teacher;

import?java.util.ArrayList;
import?java.util.HashMap;
import?java.util.List;
import?java.util.Map;

/**
?*?<br>
?*?<b>Function：</b><br>
?*?<b>Author：</b>@author?Silence<br>
?*?<b>Date：</b>2022-11-22 21:17<br>
?*?<b>Desc：</b>無<br>
?*/
public?class?ImmutableDemo?{

??public?static?void?main(String[]?args)?{
????List<String>?students?=?new?ArrayList<>();
????students.add("鴨血粉絲?1");
????students.add("鴨血粉絲?2");
????students.add("鴨血粉絲?3");
????Address?address?=?new?Address();
????address.setCountry("中國");
????address.setCity("深圳");
????Map<String,?String>?metadata?=?new?HashMap<>();
????metadata.put("hobby",?"籃球");
????metadata.put("age",?"29");
????Teacher?teacher?=?new?Teacher("Java極客技術(shù)",?students,?address,?metadata);
????System.out.println(teacher.getStudents().size());
????System.out.println(teacher.getMetadata().size());
????System.out.println(teacher.getAddress().getCity());

????//?修改屬性
????teacher.getStudents().add("小明");
????teacher.getMetadata().put("weight",?"120");
????teacher.getAddress().setCity("廣州");

????System.out.println(teacher.getStudents().size());
????System.out.println(teacher.getMetadata().size());
????System.out.println(teacher.getAddress().getCity());
??}

}

運行的結(jié)果如下截圖所示，通過測試我們可以發(fā)現(xiàn)，簡單的只添加 final 關(guān)鍵字是不能解決不可變性的，我們當前的 teacher 實例已經(jīng)被外層修改掉了成員變量。

為了解決這個問題，我們還需要對我們的 Teacher 類進行改造，首先我們可以想到的就是需要將 students 和 metadata 兩個成員變量不能直接返回給外層，否則外層的修改會直接影響到我們的不可變類，那么我們就可以修改 getter 方法，拷貝一下成員變量進行返回，而不是直接返回，修改代碼如下

??public?List<String>?getStudents()?{
????return?new?ArrayList<>(students);
????//return?students;
??}
????public?Map<String,?String>?getMetadata()?{
????return?new?HashMap<>(metadata);
??//return?metadata;
??}

我們再次運行上面的測試代碼，可以看到這次的返回數(shù)據(jù)如下，這次我們的 students 和 metadate 成員變量并沒有被外層修改掉了。但是我們的 address 成員變量還是有問題，沒關(guān)系，我們接著往下看。

很自然的為了解決 address 的問題，我們想到了也是進行一個拷貝，再調(diào)用 getter 方法的時候返回一個拷貝對象，而不是直接返回成員變量。那我們就需要改造 Address 類，將其變成 Cloneable 的即可，我們實現(xiàn) 接口，然后覆蓋一個 clone 方法，代碼如下

package?com.example.demo.immutable;

public?class?Address?implements?Cloneable{
??...//?省略
??@Override
??public?Address?clone()?{
????try?{
??????return?(Address)?super.clone();
????}?catch?(CloneNotSupportedException?e)?{
??????throw?new?AssertionError();
????}
??}
}

再修改 Teacher 的 getAddress 方法

??public?Address?getAddress()?{
??//return?address;
????return?address.clone();
??}

接下來我們再運行一下測試代碼，結(jié)果如下，可以看到這次我們的 teacher 實例的成員變量并沒有被修改掉了，至此我們完成了一個不可變對象的創(chuàng)建！

String 的實現(xiàn)

前面我們看的是自定義實現(xiàn)不可變類的操作，接下來我們簡單看一下 String 類是如何實現(xiàn)不可變的，通過源碼我們可以看到 String 也使用了關(guān)鍵字 final 來避免被子類繼承，以及對應(yīng)存放具體值的成員變量也使用了 final 關(guān)鍵字。