從多個方面深入理解Java Immutable

一、什麼是Java Immutable

Java Immutable是指不可改變的對象，一旦創建之後就不能被改變。Immutable可以提高並發程序的安全性和性能，因為多個線程同時訪問不可變對象是安全的。

在Java中，有許多基礎類和常用工具類都是Immutable的，比如String、Integer、Double等基礎類。

示例代碼：

String str = "Hello World";
str = str + "!"; // 這裡實際上是創建了一個新的字符串對象，而原來的“Hello World”仍然不變

二、如何創建Java Immutable對象

Java中有多種方式可以創建Immutable對象，以下是其中較為常用的幾種：

1. 構造函數

在構造函數中初始化所有的屬性，並將所有屬性設置為final，這樣對象就無法被改變。

示例代碼：

public class Person {
    private final String name;
    private final int age;
    
    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    
    // 省略 getter 方法
}

2. 靜態工廠方法

可以通過靜態工廠方法創建Immutable對象，這種方式比構造函數更加靈活。

示例代碼：

public class Color {
    private int red;
    private int green;
    private int blue;
    
    private Color(int r, int g, int b) {
        red = r;
        green = g;
        blue = b;
    }
    
    public static Color fromRGB(int r, int g, int b) {
        return new Color(r, g, b);
    }
    
    // 省略 getter 方法
}

三、Java Immutable的優缺點

1. 優點

a. 線程安全

Immutable對象在多線程環境下是安全的，因為它們不可變，沒有線程會修改它們。

b. 緩存Hash

Immutable對象通常都有一個緩存的hash值，這樣可以提高哈希表等數據結構的查找速度。

c. 合併效率高

如果需要合併多個Immutable對象，只需要創建一個新的Immutable對象，然後將舊的對象複製到新的對象中即可。

2. 缺點

a. 內存佔用較高

因為每次修改Immutable對象都需要創建一個新的對象，所以會佔用更多的內存。

b. 不易擴展

Immutable對象通常都是由多個final屬性組成的，如果需要添加或者刪除一個屬性，那麼就需要創建一個全新的對象。

四、Java Immutable的應用場景

Java Immutable適用於以下場景：

1. 大量重複字符串的場景

在大量重複字符串的場景下，可以使用String.intern()方法將字符串放入常量池中。

2. 多線程共享對象的場景

在多線程共享對象的場景下，採用Immutable對象可以避免因多線程修改同一個對象而導致的並發問題。

3. 數據庫連接等資源共享的場景

在共享類似數據庫連接等資源的場景下，使用Immutable對象可以保證資源安全不被多線程錯誤使用。

五、Java Immutable的注意事項

1. final屬性和對象引用的區別

Java中final屬性是指屬性的值無法被修改，而final對象引用則是指引用指向的對象無法改變。因此，如果一個對象是Immutable的，那麼它的所有屬性都應該是final的，但這不代表這個對象的引用也是final的。

示例代碼：

public class Car {
    private final String name;
    private final Engine engine;
    
    public Car(String name, Engine engine) {
        this.name = name;
        this.engine = engine;
    }
    
    // 只有final修飾的name屬性才是不可變的，engine屬性指向的對象仍然是可以改變的
    // 如果要把engine也設置為不可變，可以在Engine類中添加final屬性
}

2. 防禦性拷貝

在創建Immutable對象時，應該儘可能避免使用可變類型的屬性。如果必須使用可變類型的屬性，應該在構造函數中對屬性進行防禦性拷貝，以保證對象無法被外部修改。

示例代碼：

public class Book {
    private final String title;
    private final List authorList;
    
    public Book(String title, List<String> authorList) {
        this.title = title;
        this.authorList = new ArrayList<>(authorList); // 防禦性拷貝
    }
    
    // 省略 getter 方法
}