為什麼 String 是 immutable 類

為什麼 String 是 immutable 類

二哥，你能給我說說為什麼 String 是 immutable 類（不可變對象）嗎？我想研究它，想知道為什麼它就不可變了，這種強烈的願望就像想研究浩瀚的星空一樣。但無奈自身功力有限，始終覺得霧裡看花終隔一層。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？

收到讀者小 R 的私信後，我就總感覺自己有一種義不容辭的責任，非要把 immutable 類說明白，否則我就怎麼地——你說了算！

01、什麼是不可變類

一個類的對象在通過構造方法建立後如果狀态不會再被改變，那麼它就是一個不可變（immutable）類。它的所有成員變量的指派僅在構造方法中完成，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？随着那一聲巨響，僅有的通道就被無情地關閉了。别較真那個密道，我這麼說隻是為了打開你的想象力，讓你對不可變類有一個更直覺的印象。

自從有了多線程，生産力就被無限地放大了，所有的程式員都愛它，因為強大的硬體能力被充分地利用了。但與此同時，所有的程式員都對它心生忌憚，因為一不小心，多線程就會把對象的狀态變得混亂不堪。

為了保護狀态的原子性、可見性、有序性，我們程式員可以說是竭盡所能。其中，synchronized（同步）關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，那麼對象的狀态就也是不可變的。這樣的話，每次修改對象的狀态，就會産生一個新的對象供不同的線程使用，我們程式員就不必再擔心并發問題了。

02、常見的不可變類

提到不可變類，幾乎所有的程式員第一個想到的，就是 String 類。那為什麼 String 類要被設計成不可變的呢？

1）常量池的需要

字元串常量池是 Java 堆記憶體中一個特殊的存儲區域，當建立一個 String 對象時，假如此字元串在常量池中不存在，那麼就建立一個；假如已經存，就不會再建立了，而是直接引用已經存在的對象。這樣做能夠減少 JVM 的記憶體開銷，提高效率。

2）hashCode 的需要

因為字元串是不可變的，是以在它建立的時候，其 hashCode 就被緩存了，是以非常适合作為哈希值（比如說作為 HashMap 的鍵），多次調用隻傳回同一個值，來提高效率。

3）線程安全

就像之前說的那樣，如果對象的狀态是可變的，那麼在多線程環境下，就很容易造成不可預期的結果。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。

是以，當我們調用 String 類的任何方法（比如說 trim()、substring()、toLowerCase()）時，總會傳回一個新的對象，而不影響之前的值。

String cmower = "沉默王二，一枚有趣的程式員";

cmower.substring(0,4);

System.out.println(cmower);// 沉默王二，一枚有趣的程式員

雖然調用 substring() 方法對 cmower 進行了截取，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、自定義不可變類

看懂一個不可變類也許容易，但要建立一個自定義的不可變類恐怕就有點難了。但知難而進是我們作為一名優秀的程式員不可或缺的品質，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。一個不可變诶，必須要滿足以下 4 個條件：

1）確定類是 final 的，不允許被其他類繼承。

2）確定所有的成員變量（字段）是 final 的，這樣的話，它們就隻能在構造方法中初始化值，并且不會在随後被修改。

3）不要提供任何 setter 方法。

4）如果要修改類的狀态，必須傳回一個新的對象。

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，據說這個作者分享了很多部落格，廣受讀者的喜愛，是以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 void setName(String 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，分别是 name 和 price，以及 getter 和 setter，重寫後的 toString() 方法。然後，在 Writer 類中追加一個可變對象字段 book。

    private final Book book;

    public Writer(String name, int age, Book book) {

        this.book = book;

    public Book getBook() {

        return book;

并在構造方法中追加了 Book 參數，以及 Book 的 getter 方法。

完成以上工作後，我們來建立一個測試類，看看 Writer 類的狀态是否真的不可變。

public class WriterDemo {

    public static void main(String[] args) {

        Book book = new Book();

        book.setName("Web全棧開發進階之路");

        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());

程式輸出的結果如下所示：

定價：Book{name='Web全棧開發進階之路', price=79}

促銷價：Book{name='Web全棧開發進階之路', price=59}

糟糕，Writer 類的不可變性被破壞了，價格發生了變化。為了解決這個問題，我們需要為不可變類的定義規則追加一條内容：

如果一個不可變類中包含了可變類的對象，那麼就需要確定傳回的是可變對象的副本。也就是說，Writer 類中的 getBook() 方法應該修改為：

public Book getBook() {

    Book clone = new Book();

    clone.setPrice(this.book.getPrice());

    clone.setName(this.book.getName());

    return clone;

這樣的話，構造方法初始化後的 Book 對象就不會再被修改了。此時，運作 WriterDemo，就會發現價格不再發生變化了。

促銷價：Book{name='Web全棧開發進階之路', price=79}

04、總結

不可變類有很多優點，就像之前提到的 String 類那樣，尤其是在多線程環境下，它非常的安全。盡管每次修改都會建立一個新的對象，增加了記憶體的消耗，但這個缺點相比它帶來的優點，顯然是微不足道的——無非就是撿了西瓜，丢了芝麻。

原文位址

https://www.cnblogs.com/qing-gee/p/12530451.html