面向对象中不可变性-编程知识

软件设计中的不可变性是一个非常重要的概念，它可以在多个方面提高代码的可靠性、可维护性和安全性。

从开发者角度（代码提供者）：

在软件开发过程中，当某个对象的属性是不可变的时候，这意味着这些属性的值在对象创建后不会改变。这种不可变性对于开发者来说有着重要的意义：

代码逻辑假设的保护：当开发者在编写代码时，可以假设某个属性是不可变的，从而建立起相应的代码逻辑。如果这个假设被打破，可能会导致代码错误或者逻辑混乱。因此，对象属性的不可变性可以保护代码逻辑的正确性，减少代码维护的复杂性。

从使用者角度(代码调用者)：

从使用者的角度来看，依赖于对象的某个属性是不可变的意味着使用者可以放心地使用这个属性，而不用担心它会在运行时被修改。这样可以降低使用者犯错的可能性：

避免意外修改的风险：使用者不必担心对象的某个属性会在他们不知情的情况下被修改，从而避免了因为意外修改而引发的错误。这种信任关系可以帮助使用者更加自信地使用对象，并且降低了代码出错的风险。

不可变对象Immutable Objects 带来那些好处

可以引用传递，可以缓存

在 Java 中，除了基本类型（小写 byte/short/int/long/float/double/char/boolean）之外，所有其他类型都是引用传递，你也操作这个对象我也操作这个对象引用这个对象变掉了系统就会出错
不可变性的特性之一是它们可以进行引用传递并且可以缓存。以下是关于这两个方面的总结：

可引用传递：
- 不可变对象可以被安全地引用传递给其他对象或方法，因为它们的状态不会改变。
- 当传递不可变对象时，不需要担心对象在传递过程中被修改导致意外的行为。
缓存：
- 由于不可变对象的值在创建后不会改变，因此它们可以被安全地缓存。
- 缓存不可变对象可以提高性能，因为它们的值在整个应用程序生命周期内都是固定的，不需要重新计算或重新获取。

线程安全

当谈到线程安全时，不可变对象（Immutable Objects）是一个非常重要的概念。不可变对象的不可变性使它们天然地具有线程安全性，这对于多线程编程非常有价值。以下是对不可变性如何加强线程安全理解的总结：

不可变对象不可变性保证：
- 不可变对象的值在创建后不可改变，这意味着它们不会出现竞态条件或数据竞争。
- 因为不可变对象的状态不会改变，所以多个线程可以同时访问它们而不会导致线程安全问题。
无需同步措施：
- 由于不可变对象不会改变，因此不需要同步措施（如锁）来保护它们的状态。
- 这消除了因为同步带来的性能开销和可能的死锁、饥饿等问题，简化了多线程编程。
并发性能提升：
- 不可变对象的线程安全性意味着多个线程可以同时访问它们，而无需等待或竞争锁资源。
- 这可以提高应用程序的并发性能，尤其是在高并发环境下。
防止意外修改和副作用：
- 不可变对象的不可变性可以防止意外的状态变化和副作用。
- 这使得代码更加可靠和易于理解，因为开发者不需要担心对象的状态在其它地方被修改。
线程安全的集合：
- 不可变集合类（如 ImmutableList、ImmutableMap 等）提供了线程安全的集合实现。
- 这些集合类的不可变性确保了多线程环境下的安全访问，避免了对普通集合类进行手动同步的麻烦。
使用不可变对象的最佳实践：
- 在设计和实现中，尽量使用不可变对象来减少线程安全问题的发生。
- 在多线程环境中，特别是在高并发场景下，使用不可变对象可以降低线程安全问题的概率，并简化代码的编写和维护。

综上所述，不可变对象的不可变性是实现线程安全的重要手段之一。通过使用不可变对象，可以提高应用程序的并发性能，减少线程安全问题的发生，并简化多线程编程的复杂性。

java中实现不可变性实践

在这里插入图片描述

final 关键字无法保证不可变性

在 Java 中，final 关键字可以用来修饰变量、方法和类，但它并不能完全保证不可变性。尽管使用 final 关键字可以确保变量引用不会改变，但如果引用的对象本身是可变的，那么对象的状态仍然可以被修改。因此，使用 final 关键字只能确保引用的不可变性，而不是对象本身的不可变性。

从接口定义、类的实现上保证不可变性

要实现真正的不可变性，需要从接口定义和类的实现两个方面来保证。首先，在接口定义中应该尽可能地限制对于对象状态的访问和修改，只提供读取数据的方法而不提供修改数据的方法。其次，在类的实现中需要确保所有的属性都是私有的，并且不提供任何修改属性的方法。通过这种方式，可以确保对象的状态在创建后不会改变，从而实现了真正的不可变性。

Collections.unmodifiableXXX 方法(确保List引用的不可变性方法)

Java 中的 Collections 类提供了一系列静态方法来创建不可变的集合对象，如 unmodifiableList()、unmodifiableSet()、unmodifiableMap() 等。这些方法接受一个普通的集合对象，并返回一个不可变的视图。这样一来，即使原始集合对象发生改变，返回的不可变视图也不会受到影响。

// 定义 Employee 类作为基类
public class Employee {private final String name;private final int salary;// 构造方法public Employee(String name, int salary) {this.name = name;this.salary = salary;}// 获取员工姓名public String getName() {return name;}// 获取员工薪水public int getSalary() {return salary;}
}
// 定义 Manager 类作为 Employee 的子类
public class Manager extends Employee {// 使用 final 关键字确保 reporters 属性不可变private final List<Employee> reporters;// 构造方法public Manager(String name, int salary, List<Employee> reporters) {// 调用父类的构造方法super(name, salary);// 创建一个新的 ArrayList 对象，并将 reporters 中的元素复制到新列表中List<Employee> tmpList = new ArrayList<>(reporters);// 使用 Collections.unmodifiableList() 方法确保不可变性this.reporters = Collections.unmodifiableList(tmpList);}// 获取下属列表public List<Employee> getReporters() {return reporters;}
}

在这里插入图片描述

在上述代码中，为了确保 reporters 属性的不可变性，使用了 new ArrayList<>(reporters) 的方式来创建一个新的 ArrayList 对象。这种做法是为了防止外部的修改影响到 reporters 属性。

具体来说，new ArrayList<>(reporters) 会创建一个新的 ArrayList 对象，并将 reporters 中的元素复制到这个新的列表中。这样一来，即使外部对原始的 reporters 列表进行了修改，新创建的 ArrayList 对象不受影响，保持了原始状态。然后，通过 Collections.unmodifiableList() 方法对这个新的列表进行包装，以确保它的不可变性。

这样做的目的是为了避免外部对 reporters 列表的直接修改，从而保护了对象的不可变性。这种做法是不可变对象的一种常见实现方式，能够确保对象在创建后不会被修改，从而提高了代码的可靠性和安全性。

例如，Collections.unmodifiableList() 方法可以将一个普通的 List 对象转换为不可变的列表，从而确保列表的内容不会被修改。

综上所述，通过合理地设计接口和类，并结合使用 Collections.unmodifiableXXX() 方法，可以在 Java 中实现不可变性，并确保对象在创建后不会被修改，从而提高程序的健壮性和可靠性。