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二哥，你能給我說說為什么 String 是 immutable 類(不可變對象)嗎?我想研究它，想知道為什么它就不可變了，這種強(qiáng)烈的愿望就像想研究浩瀚的星空一樣。但無奈自身功力有限，始終覺得霧里看花終隔一層。二哥你的文章總是充滿趣味性，我想一定能夠說明白，我也一定能夠看明白，能在接下來寫一寫嗎?

https://github.com/itwanger/toBeBetterJavaer

01、什么是不可變類

一個類的對象在通過構(gòu)造方法創(chuàng)建后如果狀態(tài)不會再被改變，那么它就是一個不可變(immutable)類。它的所有成員變量的賦值僅在構(gòu)造方法中完成，不會提供任何 setter 方法供外部類去修改。

還記得《神雕俠侶》中小龍女的古墓嗎?隨著那一聲巨響，僅有的通道就被無情地關(guān)閉了。別較真那個密道，我這么說只是為了打開你的想象力，讓你對不可變類有一個更直觀的印象。

自從有了多線程，生產(chǎn)力就被無限地放大了，所有的程序員都愛它，因為強(qiáng)大的硬件能力被充分地利用了。但與此同時，所有的程序員都對它心生忌憚，因為一不小心，多線程就會把對象的狀態(tài)變得混亂不堪。

為了保護(hù)狀態(tài)的原子性、可見性、有序性，我們程序員可以說是竭盡所能。其中，synchronized(同步)關(guān)鍵字是最簡單最入門的一種解決方案。

假如說類是不可變的，那么對象的狀態(tài)就也是不可變的。這樣的話，每次修改對象的狀態(tài)，就會產(chǎn)生一個新的對象供不同的線程使用，我們程序員就不必再擔(dān)心并發(fā)問題了。

02、常見的不可變類

提到不可變類，幾乎所有的程序員第一個想到的，就是 String 類。那為什么 String 類要被設(shè)計成不可變的呢?

1)常量池的需要

字符串常量池是 Java 堆內(nèi)存中一個特殊的存儲區(qū)域，當(dāng)創(chuàng)建一個 String 對象時，假如此字符串在常量池中不存在，那么就創(chuàng)建一個;假如已經(jīng)存，就不會再創(chuàng)建了，而是直接引用已經(jīng)存在的對象。這樣做能夠減少 JVM 的內(nèi)存開銷，提高效率。

2)hashCode 的需要

因為字符串是不可變的，所以在它創(chuàng)建的時候，其 hashCode 就被緩存了，因此非常適合作為哈希值(比如說作為 HashMap 的鍵)，多次調(diào)用只返回同一個值，來提高效率。

3)線程安全

就像之前說的那樣，如果對象的狀態(tài)是可變的，那么在多線程環(huán)境下，就很容易造成不可預(yù)期的結(jié)果。而 String 是不可變的，就可以在多個線程之間共享，不需要同步處理。

因此，當(dāng)我們調(diào)用 String 類的任何方法(比如說 trim()、substring()、toLowerCase())時，總會返回一個新的對象，而不影響之前的值。

String cmower = "沉默王二，一枚有趣的程序員"; 
cmower.substring(0,4); 
System.out.println(cmower);// 沉默王二，一枚有趣的程序員 

雖然調(diào)用 substring() 方法對 cmower 進(jìn)行了截取，但 cmower 的值沒有改變。

除了 String 類，包裝器類 Integer、Long 等也是不可變類。

03、手?jǐn)]不可變類

看懂一個不可變類也許容易，但要創(chuàng)建一個自定義的不可變類恐怕就有點難了。但知難而進(jìn)是我們作為一名優(yōu)秀的程序員不可或缺的品質(zhì)，正因為不容易，我們才能真正地掌握它。

接下來，就請和我一起，來自定義一個不可變類吧。一個不可變誒，必須要滿足以下 4 個條件：

1)確保類是 final 的，不允許被其他類繼承。

2)確保所有的成員變量(字段)是 final 的，這樣的話，它們就只能在構(gòu)造方法中初始化值，并且不會在隨后被修改。

3)不要提供任何 setter 方法。

4)如果要修改類的狀態(tài)，必須返回一個新的對象。

按照以上條件，我們來自定義一個簡單的不可變類 Writer。

public final class Writer { 
    private final String name; 
    private final int age; 
 
    public Writer(String name, int age) { 
        this.name = name; 
        this.age = age; 
    } 
 
    public int getAge() { 
        return age; 
    } 
 
    public String getName() { 
        return name; 
    } 
} 

Writer 類是 final 的，name 和 age 也是 final 的，沒有 setter 方法。

OK，據(jù)說這個作者分享了很多博客，廣受讀者的喜愛，因此某某出版社找他寫了一本書(Book)。Book 類是這樣定義的：

public class Book { 
    private String name; 
    private int price; 
 
    public String getName() { 
        return name; 
    } 
 
    public void setName(String name) { 
        this.name = name; 
    } 
 
    public int getPrice() { 
        return price; 
    } 
 
    public void setPrice(int price) { 
        this.price = price; 
    } 
 
    @Override 
    public String toString() { 
        return "Book{" + 
                "name='" + name + '\'' + 
                ", price=" + price + 
                '}'; 
    } 
} 

2 個字段，分別是 name 和 price，以及 getter 和 setter，重寫后的 toString() 方法。然后，在 Writer 類中追加一個可變對象字段 book。

public final class Writer { 
    private final String name; 
    private final int age; 
    private final Book book; 
 
    public Writer(String name, int age, Book book) { 
        this.name = name; 
        this.age = age; 
        this.book = book; 
    } 
 
    public int getAge() { 
        return age; 
    } 
 
    public String getName() { 
        return name; 
    } 
 
    public Book getBook() { 
        return book; 
    } 
} 

并在構(gòu)造方法中追加了 Book 參數(shù)，以及 Book 的 getter 方法。

完成以上工作后，我們來新建一個測試類，看看 Writer 類的狀態(tài)是否真的不可變。

public class WriterDemo { 
    public static void main(String[] args) { 
        Book book = new Book(); 
        book.setName("Web全棧開發(fā)進(jìn)階之路"); 
        book.setPrice(79); 
 
        Writer writer = new Writer("沉默王二",18, book); 
        System.out.println("定價：" + writer.getBook()); 
        writer.getBook().setPrice(59); 
        System.out.println("促銷價：" + writer.getBook()); 
    } 
} 

程序輸出的結(jié)果如下所示：

定價：Book{name='Web全棧開發(fā)進(jìn)階之路', price=79} 
促銷價：Book{name='Web全棧開發(fā)進(jìn)階之路', price=59} 

糟糕，Writer 類的不可變性被破壞了，價格發(fā)生了變化。為了解決這個問題，我們需要為不可變類的定義規(guī)則追加一條內(nèi)容：

如果一個不可變類中包含了可變類的對象，那么就需要確保返回的是可變對象的副本。也就是說，Writer 類中的 getBook() 方法應(yīng)該修改為：

public Book getBook() { 
    Book clone = new Book(); 
    clone.setPrice(this.book.getPrice()); 
    clone.setName(this.book.getName()); 
    return clone; 
} 

這樣的話，構(gòu)造方法初始化后的 Book 對象就不會再被修改了。此時，運行 WriterDemo，就會發(fā)現(xiàn)價格不再發(fā)生變化了。

定價：Book{name='Web全棧開發(fā)進(jìn)階之路', price=79} 
促銷價：Book{name='Web全棧開發(fā)進(jìn)階之路', price=79} 

04、總結(jié)

不可變類有很多優(yōu)點，就像之前提到的 String 類那樣，尤其是在多線程環(huán)境下，它非常的安全。盡管每次修改都會創(chuàng)建一個新的對象，增加了內(nèi)存的消耗，但這個缺點相比它帶來的優(yōu)點，顯然是微不足道的——無非就是撿了西瓜，丟了芝麻。