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二哥，你能給我說(shuō)說(shuō)為什么 String 是 immutable 類(不可變對(duì)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(wú)奈自身功力有限，始終覺(jué)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(shuō)明白，我也一定能夠看明白，能在接下來(lái)寫(xiě)一寫(xiě)嗎?

https://github.com/itwanger/toBeBetterJavaer

01、什么是不可變類

一個(gè)類的對(duì)象在通過(guò)構(gòu)造方法創(chuàng)建后如果狀態(tài)不會(huì)再被改變，那么它就是一個(gè)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(huì)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(wú)情地關(guān)閉了。別較真那個(gè)密道，我這么說(shuō)只是為了打開(kāi)你的想象力，讓你對(duì)不可變類有一個(gè)更直觀的印象。

自從有了多線程，生產(chǎn)力就被無(wú)限地放大了，所有的程序員都愛(ài)它，因?yàn)閺?qiáng)大的硬件能力被充分地利用了。但與此同時(shí)，所有的程序員都對(duì)它心生忌憚，因?yàn)橐徊恍⌒?，多線程就會(huì)把對(duì)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(jiàn)性、有序性，我們程序員可以說(shuō)是竭盡所能。其中，synchronized(同步)關(guān)鍵字是最簡(jiǎn)單最入門(mén)的一種解決方案。

假如說(shuō)類是不可變的，那么對(duì)象的狀態(tài)就也是不可變的。這樣的話，每次修改對(duì)象的狀態(tài)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的對(duì)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(wèn)題了。

02、常見(jiàn)的不可變類

提到不可變類，幾乎所有的程序員第一個(gè)想到的，就是 String 類。那為什么 String 類要被設(shè)計(jì)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(gè)特殊的存儲(chǔ)區(qū)域，當(dāng)創(chuàng)建一個(gè) String 對(duì)象時(shí)，假如此字符串在常量池中不存在，那么就創(chuàng)建一個(gè);假如已經(jīng)存，就不會(huì)再創(chuàng)建了，而是直接引用已經(jīng)存在的對(duì)象。這樣做能夠減少 JVM 的內(nèi)存開(kāi)銷(xiāo)，提高效率。

2)hashCode 的需要

因?yàn)樽址遣豢勺兊?，所以在它?chuàng)建的時(shí)候，其 hashCode 就被緩存了，因此非常適合作為哈希值(比如說(shuō)作為 HashMap 的鍵)，多次調(diào)用只返回同一個(gè)值，來(lái)提高效率。

3)線程安全

就像之前說(shuō)的那樣，如果對(duì)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(gè)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(shuō) trim()、substring()、toLowerCase())時(shí)，總會(huì)返回一個(gè)新的對(duì)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(duì) cmower 進(jìn)行了截取，但 cmower 的值沒(méi)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(gè)不可變類也許容易，但要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)自定義的不可變類恐怕就有點(diǎn)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?yàn)椴蝗菀?，我們才能真正地掌握它?/p>

接下來(lái)，就請(qǐng)和我一起，來(lái)自定義一個(gè)不可變類吧。一個(gè)不可變誒，必須要滿足以下 4 個(gè)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(huì)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(gè)新的對(duì)象。

按照以上條件，我們來(lái)自定義一個(gè)簡(jiǎn)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(méi)有 setter 方法。

OK，據(jù)說(shuō)這個(gè)作者分享了很多博客，廣受讀者的喜愛(ài)，因此某某出版社找他寫(xiě)了一本書(shū)(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(gè)字段，分別是 name 和 price，以及 getter 和 setter，重寫(xiě)后的 toString() 方法。然后，在 Writer 類中追加一個(gè)可變對(duì)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(lái)新建一個(gè)測(cè)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(kāi)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(jià)：" + writer.getBook()); 
        writer.getBook().setPrice(59); 
        System.out.println("促銷(xiāo)價(jià)：" + writer.getBook()); 
    } 
} 

程序輸出的結(jié)果如下所示：

定價(jià)：Book{name='Web全棧開(kāi)發(fā)進(jìn)階之路', price=79} 
促銷(xiāo)價(jià)：Book{name='Web全棧開(kāi)發(fā)進(jìn)階之路', price=59} 

糟糕，Writer 類的不可變性被破壞了，價(jià)格發(fā)生了變化。為了解決這個(gè)問(wèn)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(gè)不可變類中包含了可變類的對(duì)象，那么就需要確保返回的是可變對(duì)象的副本。也就是說(shuō)，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(duì)象就不會(huì)再被修改了。此時(shí)，運(yùn)行 WriterDemo，就會(huì)發(fā)現(xiàn)價(jià)格不再發(fā)生變化了。

定價(jià)：Book{name='Web全棧開(kāi)發(fā)進(jìn)階之路', price=79} 
促銷(xiāo)價(jià)：Book{name='Web全棧開(kāi)發(fā)進(jìn)階之路', price=79} 

04、總結(jié)

不可變類有很多優(yōu)點(diǎn)，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(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的對(duì)象，增加了內(nèi)存的消耗，但這個(gè)缺點(diǎn)相比它帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)，顯然是微不足道的——無(wú)非就是撿了西瓜，丟了芝麻。