Java 中的不可变对象(Immutable Objects)详解

拼搏现实的明天。 2024-03-22 13:09 53阅读 0赞

**目录**

1、什么是Immutable Objects？

2、Java 中有哪些不可变的对象？

3、不可变对象在JVM中的存储

4、在 Java 中定义Immutable Objects的方式有哪些？

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#### 1、什么是Immutable Objects？ ####

不可变对象指的是在创建之后，它们的值无法被修改的对象。这意味着如果想改变一个不可变对象的值，就需要创建一个新的对象。

在许多编程语言中，字符串和数字都是不可变的对象。例如，在 Python 中，字符串就是不可变的，因此不能像下面这样改变字符串的值：

string = "hello"
    string[0] = "H" # This will raise an error

相反，你需要创建一个新的字符串对象：

new_string = "H" + string[1:]

这个新字符串就是一个全新的字符串对象，和原来的字符串对象没有关系。

不可变对象的一个好处是它们更容易被并发程序安全地使用。因为不可变对象是无法修改的，所以不需要担心在多线程环境下出现竞态条件的问题。

此外，不可变对象也更容易进行缓存和复用。因为不可变对象的值不会改变，所以你可以安全地将它们存储在缓存中，并在需要时直接使用它们，而不需要重新计算。

所以，合理的使用不可变对象可以提高程序的安全性、并发性能和效率。

#### 2、Java 中有哪些不可变的对象？ ####

Java中有许多不可变的对象，以下是其中的一些：

1.  字符串（String）：字符串在Java中是不可变的对象。一旦创建了一个字符串对象，它的值就不能被修改。
2.  整数（Integer）、长整数（Long）、浮点数（Float）和双精度浮点数（Double）：这些数字类型在Java中也是不可变的对象。一旦创建了一个数字对象，它的值就不能被修改。
3.  枚举（Enum）：枚举类型也是不可变的对象。枚举类型中的每个元素都是一个不可变的对象。
4.  LocalDate、LocalTime、LocalDateTime：Java 8中的日期和时间API中的这些类也是不可变的对象。一旦创建了一个日期或时间对象，它的值就不能被修改。
5.  BigInteger、BigDecimal：这些类提供了任意精度的整数和浮点数运算，也是不可变的对象。

需要注意的是，虽然以上对象的值不能被修改，但是它们的引用可以被修改。这意味着，可以创建新的对象来代替旧的对象，但是旧的对象本身的值不会被修改。

#### 3、不可变对象在JVM中的存储 ####

Java中不可变对象通常存在JVM的方法区（Method Area）或者叫做永久代（PermGen）中。方法区是JVM中的一块内存区域，用于存储类的信息、静态变量、常量池、方法代码等。永久代是方法区的一个实现，用于存储静态文件、类文件信息、字节码、常量池等内容，它在Java 8之后被元空间（Metaspace）所取代。// 存储在方法区中的常量池里

不可变对象通常在JVM启动时被加载并存储在方法区或永久代中，因为它们的值是不可变的，所以可以被安全地共享和重用。同时，这些对象在JVM生命周期内只需要被创建一次，因此它们的存储位置也通常是固定的。

需要注意的是，如果使用字符串常量或常量表达式创建不可变对象，这些对象也可能存储在JVM的常量池中。常量池是方法区的一部分，用于存储字符串常量、基本类型常量等。由于常量池中的字符串常量是不可变的，因此它们也被认为是不可变对象。

#### 4、在 Java 中定义Immutable Objects的方式有哪些？ ####

在 Java 中，有多种方式可以定义不可变对象。以下是几种常见的方式：

*  声明类为 final：通过将类声明为 final 类型，可以确保该类不能被继承和修改。这样可以确保不会发生对象状态的改变。例如：// 不允许子类重写方法。最简单的就是将类声明为final。

public final class ImmutableClass {
        // ...
    }

*  将所有字段设置为 final 和 private：通过将类的成员变量声明为 final，可以确保这些变量在对象创建后不能被修改。例如：

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

*  不提供 setter 方法：通过只提供 getter 方法，而不提供 setter 方法，可以确保对象的状态不能被修改。例如：

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

*  构造对象时赋值：通过在构造函数中初始化对象的成员变量，可以确保对象创建后它们的值不会改变。示例同上。
 *  使用不可变集合类：Java 中的 Collections 类提供了一些不可变的集合类，如 Collections.unmodifiableList 和 Collections.unmodifiableMap，它们可以确保集合内容在对象创建后不能被修改。例如：

List<String> list = new ArrayList<>();
    list.add("foo");
    list.add("bar");
    
    List<String> immutableList = Collections.unmodifiableList(list);

以上是一些在 Java 中定义不可变对象的方式，这些方式可以单独使用，也可以结合使用，以创建更加严格的不可变对象。// 在并发程序中作为锁的对象应该是不可变对象。