13 年技术老兵用半首歌的时间，告诉你，Java 还有不可变 List：Immutable List

刺骨的言语ヽ痛彻心扉 2021-06-22 15:38 263阅读 0赞

知道 Java 有不可变类，知道不可变的 List 吗？13 年技术老兵告诉你，它就是 Immutable List。

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Immutable List，顾名思义，就是，啥，不明白 Immutable 是什么意思？一成不变的意思，所以 Immutable List 就是一个不可变的 List 类，这意味着该 List 声明后，它的内容就是固定的，不可增删改的。

如果对不可变类比较陌生的话，可以先点击下面的链接查看我之前写的另外一篇文章。

[这次要说不明白immutable类，我就怎么地][immutable]

如果尝试对 List 中的元素进行增加、删除或者更新，就会抛出 UnsupportedOperationException 异常。

另外，Immutable List 中的元素是非 null 的，如果使用 null 来创建 Immutable List，则会抛出 NullPointerException；如果尝试在 Immutable List 中添加 null 元素，则会抛出 UnsupportedOperationException。

那 Immutable List 有什么好处呢？

*  它是线程安全的；
 *  它是高效的；
 *  因为它是不可变的，就可以像 String 一样传递给第三方类库，不会发生任何安全问题。

那接下来，我们来看一下，如何创建 Immutable List。注意，源码是基于 JDK14 的。

### 01、借助原生 JDK ###

Collections 类的 `unmodifiableList()` 方法可以创建一个类似于 Immutable List 的 UnmodifiableList 或者 UnmodifiableRandomAccessList，都是不可修改的。

public static <T> List<T> unmodifiableList(List<? extends T> list) { 
        return (list instanceof RandomAccess ?
                new Collections.UnmodifiableRandomAccessList<>(list) :
                new Collections.UnmodifiableList<>(list));
    }

来看一下使用方法：

List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("沉默王二", "沉默王三", "沉默王四"));
    List<String> unmodifiableList = Collections.unmodifiableList(list);

我们尝试往 unmodifiableList 中添加元素“沉默王五”：

unmodifiableList.add("沉默王五");

运行后会抛出 UnsupportedOperationException 异常：

Exception in thread "main" java.lang.UnsupportedOperationException
    	at java.base/java.util.Collections$UnmodifiableCollection.add(Collections.java:1062)
    	at com.cmower.mkyong.immutablelist.ImmutableListDemo.main(ImmutableListDemo.java:16)

### 02、借助 Java 9 ###

Java 9 的时候，List 类新增了一个 `of()` 静态工厂方法，可以用来创建不可变的 List。先来看一下源码：

static <E> List<E> of(E e1, E e2, E e3) { 
        return new ImmutableCollections.ListN<>(e1, e2, e3);
    }

`of()` 方法有很多变体，比如说：

static <E> List<E> of(E e1) { 
            return new ImmutableCollections.List12<>(e1);
        }
    static <E> List<E> of(E e1, E e2) { 
            return new ImmutableCollections.List12<>(e1, e2);
        }
    static <E> List<E> of(E e1, E e2, E e3, E e4) { 
        return new ImmutableCollections.ListN<>(e1, e2, e3, e4);
    }
    static <E> List<E> of(E e1, E e2, E e3, E e4, E e5) { 
        return new ImmutableCollections.ListN<>(e1, e2, e3, e4, e5);
    }
    static <E> List<E> of(E e1, E e2, E e3, E e4, E e5, E e6, E e7, E e8, E e9, E e10) { 
        return new ImmutableCollections.ListN<>(e1, e2, e3, e4, e5,
                e6, e7, e8, e9, e10);
    }

该方法的设计者也挺有意思的，`of()` 方法的参数，从 0 到 10 都有一个相同签名的重载方法。

甚至当参数是可变的时候，使用 switch 语句对参数的个数进行了判断，然后调用不同的重载方法：

static <E> List<E> of(E... elements) { 
        switch (elements.length) {  // implicit null check of elements
            case 0:
                @SuppressWarnings("unchecked")
                var list = (List<E>) ImmutableCollections.ListN.EMPTY_LIST;
                return list;
            case 1:
                return new ImmutableCollections.List12<>(elements[0]);
            case 2:
                return new ImmutableCollections.List12<>(elements[0], elements[1]);
            default:
                return new ImmutableCollections.ListN<>(elements);
        }
    }

不管是 ImmutableCollections.List12 还是 ImmutableCollections.ListN，它们都是 final 的，并且继承了 AbstractImmutableList，里面的元素也是 final 的。

static final class List12<E> extends ImmutableCollections.AbstractImmutableList<E>
            implements Serializable { 
    
        @Stable
        private final E e0;
    
        @Stable
        private final E e1;
    }
    
    static final class ListN<E> extends ImmutableCollections.AbstractImmutableList<E>
            implements Serializable { 
    
        // EMPTY_LIST may be initialized from the CDS archive.
        static @Stable List<?> EMPTY_LIST;
    
        static { 
            VM.initializeFromArchive(ImmutableCollections.ListN.class);
            if (EMPTY_LIST == null) { 
                EMPTY_LIST = new ImmutableCollections.ListN<>();
            }
        }
    
        @Stable
        private final E[] elements;
    }

好了，来看一下使用方法吧：

final List<String> unmodifiableList = List.of("沉默王二", "沉默王三", "沉默王四");
    unmodifiableList.add("沉默王五");

ImmutableCollections 的内部类 ListN 或者 List12 同样不可修改，使用 `add()` 方法添加元素同样会在运行时抛出异常：

Exception in thread "main" java.lang.UnsupportedOperationException
    	at java.base/java.util.ImmutableCollections.uoe(ImmutableCollections.java:73)
    	at java.base/java.util.ImmutableCollections$AbstractImmutableCollection.add(ImmutableCollections.java:77)
    	at com.cmower.mkyong.immutablelist.ImmutableListDemo.main(ImmutableListDemo.java:20)

### 03、借助 Guava ###

> Guava 工程包含了若干被 Google 的 Java 项目广泛依赖的核心库，例如：集合 \[collections\] 、缓存 \[caching\] 、原生类型支持 \[primitives support\] 、并发库 \[concurrency libraries\] 、通用注解 \[common annotations\] 、字符串处理 \[string processing\] 、I/O 等等。 所有这些工具每天都在被 Google 的工程师应用在产品服务中。

在实际的项目实战当中，Guava 类库的使用频率真的蛮高的，因此我们需要在项目中先引入 Guava 的 Maven 依赖。

<dependency>
        <groupId>com.google.guava</groupId>
        <artifactId>guava</artifactId>
        <version>28.1-jre</version>
    </dependency>

Guava 定了一个 ImmutableList 类，它的声明方式如下所示：

@GwtCompatible(serializable = true, emulated = true)
    @SuppressWarnings("serial") // we're overriding default serialization
    public abstract class ImmutableList<E> extends ImmutableCollection<E>
        implements List<E>, RandomAccess { 
    }

它的类结构关系如下所示：

java.lang.Object
      ↳ java.util.AbstractCollection
          ↳ com.google.common.collect.ImmutableCollection
              ↳ com.google.common.collect.ImmutableList

ImmutableList 类的 `copyOf()` 方法可用于创建一个不可变的 List 对象：

List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("沉默王二", "沉默王三", "沉默王四"));
    List<String> unmodifiableList = ImmutableList.copyOf(list);
    unmodifiableList.add("沉默王五");

ImmutableList 同样不允许添加元素，`add()` 方法在执行的时候会抛出 UnsupportedOperationException 异常：

Exception in thread "main" java.lang.UnsupportedOperationException
    	at com.google.common.collect.ImmutableCollection.add(ImmutableCollection.java:244)
    	at com.cmower.mkyong.immutablelist.ImmutableListDemo.main(ImmutableListDemo.java:25)

ImmutableList 类的 `of()` 方法和 Java 9 的 `of()` 方法类似，同样有很多相同签名的重载方法，使用方法也完全类似：

List<String> unmodifiableList = ImmutableList.of("沉默王二", "沉默王三", "沉默王四");

ImmutableList 类还提供了 builder 模式，既可以在创建的时候添加元素，也可以基于已有的 List 创建，还可以将两者混合在一起。

ImmutableList<String> iList = ImmutableList.<String>builder()
            .add("沉默王二", "沉默王三", "沉默王四")
            .build();
    
    List<String> list = List.of("沉默王二", "沉默王三", "沉默王四");
    ImmutableList<String> iList = ImmutableList.<String>builder()
            .addAll(list)
            .build();
    
    List<String> list = List.of("沉默王二", "沉默王三", "沉默王四");
    ImmutableList<String> iList = ImmutableList.<String>builder()
            .addAll(list)
            .add("沉默王五")
            .build();

### 04、Collections.unmodifiableList() 和 ImmutableList 有什么区别？ ###

`Collections.unmodifiableList()` 基于原有的 List 创建了一个不可变的包装器，该包装器是不可修改的，但是，我们可以通过对原有的 List 进行修改，从而影响到包装器，来看下面的示例：

List<String> list = new ArrayList<>();
    list.add("沉默王二");
    
    List<String> iList = Collections.unmodifiableList(list);
    
    list.add("沉默王三");
    list.add("沉默王四");
    
    System.out.println(iList);

程序输出的结果如下所示：

[沉默王二, 沉默王三, 沉默王四]

但如果我们通过 ImmutableList 类创建一个不可变 List，原有 List 的改变并不会影响到 ImmutableList。

List<String> list = new ArrayList<>();
    list.add("沉默王二");
    
    ImmutableList<String> iList = ImmutableList.copyOf(list);
    
    list.add("沉默王三");
    list.add("沉默王四");
    
    System.out.println(iList);

程序输出的结果如下所示：

[沉默王二]

这是因为 ImmutableList 是在原有的 List 上进行了拷贝。

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