Java中的最终与不变性

在Java中，我们通常使用关键字 final 来关注不可变状态的变量和方法。同时，我们还可以应用其他方法来确保对象的不可变性。在本文中，我们将介绍Java中的最终和不变性，并讨论如何利用它们以保证安全性和性能。

最终

在Java中，final 关键字可应用于变量、方法和类来标识它们为不可变。使用 final 关键字可以确保不可更改对象或变量的值，从而提高程序的健壮性和安全性。

下面是使用 final 修饰的变量和方法的示例：

public class MyClass {
    // final variable
    private final int myInt = 10;
    
    // final method
    public final void myMethod() {
        // Method implementation goes here
    }
}

需要注意的是，尝试更改 final 变量或方法会引发编译时错误。

最终类

除了变量和方法外，还可以使用 final 关键字来定义类，从而确保该类无法被继承。这个技术定义了一种特殊类型的类，叫做“最终类”。

下面是 final 类的示例：

public final class MyFinalClass {
    // Class implementation goes here
}

尝试继承 final 类将导致编译时错误。在Java API中，有许多 final 类，例如 String 和 Integer，从而确保这些类无法被继承。

不变性

除了使用 final 关键字以外，我们还可以通过其他方式来确保对象的不变性。在Java中，不变对象是指不可改变其状态的对象。

下面描述了实现不变性的几种方法：

消除setters

避免公开 setter 方法可以确保对象的不变性，因为这样可以防止外部代码修改对象的值。在构造方法中初始化所有属性并封装它们以进行访问的最佳实践是实现不变性的关键。

下面是消除 setter 方法的示例：

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

确保可变属性不可变

如果必须提供可变属性，可以确保这些属性不可变，从而实现不变性。这通常需要创建新的对象或副本以修改属性的值。

下面是确保可变属性不可变的示例：

public class ImmutableAddress {
    private final String street;
    private final String city;
    private final String state;
    private final String zip;
    
    public ImmutableAddress(String street, String city, String state, String zip) {
        this.street = street;
        this.city = city;
        this.state = state;
        this.zip = zip;
    }
    
    public String getStreet() {
        return street;
    }
    
    public String getCity() {
        return city;
    }
    
    public String getState() {
        return state;
    }
    
    public String getZip() {
        return zip;
    }
    
    public ImmutableAddress withStreet(String newStreet) {
        return new ImmutableAddress(newStreet, city, state, zip);
    }
    
    public ImmutableAddress withCity(String newCity) {
        return new ImmutableAddress(street, newCity, state, zip);
    }
    
    public ImmutableAddress withState(String newState) {
        return new ImmutableAddress(street, city, newState, zip);
    }
    
    public ImmutableAddress withZip(String newZip) {
        return new ImmutableAddress(street, city, state, newZip);
    }
}

在这个示例中，with* 方法可以用于创建新的 ImmutableAddress 对象，而不是修改当前对象的值。

使用不可变集合

使用不可变集合也是实现不变性的一种方法。Java 8中的 java.util.Collections 类提供了许多不可变集合的实用方法，例如 Collections.unmodifiableList() 和 Collections.unmodifiableSet()。

下面是使用不可变集合的示例：

public class ImmutablePerson {
    private final String name;
    private final List<String> phoneNumbers;
    
    public ImmutablePerson(String name, List<String> phoneNumbers) {
        this.name = name;
        this.phoneNumbers = Collections.unmodifiableList(new ArrayList<>(phoneNumbers));
    }
    
    public String getName() {
        return name;
    }
    
    public List<String> getPhoneNumbers() {
        return phoneNumbers;
    }
}

在这个示例中，Collections.unmodifiableList() 方法用于确保 phoneNumbers 属性是不变的。

结论

在Java中，使用 final 关键字和其他技术可以确保对象的不变性，从而提高程序的健壮性和安全性。通过消除 setters，确保可变属性不可变，以及使用不可变集合，可以实现对象的不变性。