学Guava发现：不可变特性与防护性编程

1、面试常谈：String类与不可变特性

问：String类是可变的吗？

答：emm……因为String类的底层是final关键字修饰，所以它是不可变的。

问：它被设计为不可变的好处有哪些呢？

答：

• 节约内存

  你们都知道，编程的时候，String类是大量被使用的（试着用VisualVm等工具分析堆，你会发现永远char[]类型是占用空间最多的。巧了，String类的底层实现也正是char[]）。

  若是像普通对象那样，每次使用都new一个，恐怕你设置的JVM 堆大小得慎重考虑一下了。

  所以出现了一个叫作常量池的东西，好比String a="abc"，String b="abc"，那么a和b都指向常量池的"abc"这个地址。这样，多个变量，能够共用一个常量池地址，节约了内存。

• 线程安全

  常说实现线程安全的方法之一就是使用final关键字将变量修改成常量，那么为何不可变的常量是线程安全的呢？

  很简单，好比多线程并发修改同一变量，若是不加同步进行控制，必然会出现数据不一致问题。可是因为String类是不可变的，根本就不支持你修改，那怎么可能出现数据不一致问题呢？（感受像是在扯淡，o(∩_∩)o 哈哈！）

• 数据安全

  这里的数据安全，就和下文说道的防护性编程有关系了。

  假设String类可变：

  String name1 = "张三";
  String name2 = name1;
  user.setName(name1);
  name2 = "李四";
  System.out.println(user.getName());
  
  输出：李四
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  what？这位用户明明名字叫张三，咋个无故变成李四了？

• 提升缓存效率

  你们都知道HashMap.put(key,value)，须要对key进行hashcode运算。

  hashcode是String类型。由于String的不可变特性，就不须要担忧hashcode值被修改，能够缓存起来屡次使用，减小hashcode计算次数。

2、进阶梳理：不可变特性与防护性编程

有一个Period 类：

public final class Period {

    private final Date start;
    private final Date end;

    public Period(Date start, Date end) {
        if (start.compareTo(end) > 0)
            throw new IllegalArgumentException(start + " after " + end);
        this.start = start;
        this.end = end;
    }

    public Date getStart() {
        return start;
    }

    public Date getEnd() {
        return end;
    }
}
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乍一看，这个相似乎是不可变的（即类中的数据不会发生变化）。而事实上，真的是这样吗？

Date start = new Date();
Date end = new Date();

Period p = new Period(start, end);

end.setYear(78); 

System.out.println(p.getEnd().toLocalString());

输出：1978-3-2 18:38:40
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以上代码和刚刚的那个“张3、李四”的例子很像。在类实例的外部，直接修改无关变量值，最后致使类实例内部的数据也变化了。

这种状况每每不易被程序员在编码时所发现，从而因为数据的变化致使业务bug。

所以，想要把Period类设计为一个不可变的类，有这么几种方案：

• Instant、LocalDateTime或ZonedDateTime来代替Date

  使用从Java 8开始，解决此问题的显而易见的方法是使用Instant、LocalDateTime或ZonedDateTime来代替Date。由于Instant和其余java.time包下的类是不可变的。Date已过期，不该再在新代码中使用。

• Period类重设计

public Period(Date start, Date end) {
	
	//防护性拷贝：构造一个新Date对象，这样，这个内部的start变量和外面的那个start变量将没有任何联系
    this.start = new Date(start.getTime());
    this.end   = new Date(end.getTime());

    if (this.start.compareTo(this.end) > 0)
      throw new IllegalArgumentException(this.start + " after " + this.end);
}
复制代码

上面提到了一个名词：“防护性拷贝”，很确切。除了构造新Date对象，还有深克隆的方式，可是此处不推荐使用克隆。至于为何？因为篇幅有限，你们可自行百度！

那么，这样就实现了Period类不可变了吗？

并无！因为该类内部的私有数据还提供了getter方法，所以仍然可能经过getter方法修改该类的内部数据。

所以，咱们还须要：

public Date getStart() {
        return new Date(start.getTime());
    }

    public Date getEnd() {
        return new Date(end.getTime());
    }
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这个有点像数据库中的视图了，能够给你看，但你不能修改源！

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最后总结一下，防护性编程究竟是什么呢？

防护性编程是一种比较泛化的概念，是一种细致、谨慎的编程习惯。

咱们在写代码的时候，须要时刻考虑到：代码是否正确？ 代码是否正确？ 代码是否正确？

例如：

• 你能够利用不可变特性、构造时拷贝对象等方法来确保一个类的不可变
• 不少时候，考虑使用防护性拷贝，避免直接在原始实例上进行操做
• 接收参数时考虑参数的是否非空等
• 是否引起性能问题、死锁问题
• ……

3、JAVA设计：我感觉到的防护性编程

一、String、Integer等的不可变特性

缘由上面已经说明了！

二、Arrays.asList返回仅可查看的“视图”

Arrays.asList()返回一个ArrayList内部类，没有add()、remove()、没法改变长度等，这样设计的初衷是什么？为何不直接返回可变长的ArrayList(new ArrayList())？

和咱们刚刚的重写getter方法相似，用于保证对象安全不可改变特性！

举个例子，就是你有一个数组，怎么设计一个方法：保证既能够遍历，又不能修改呢？

返回一个继承了List接口的轻量级“视图”不失为一个好的设计方式。而直接返回数组则是不安全的选择。

三、不可变集合的各类实现

为何须要不可变集合？

不可变对象有不少优势，包括：

• 当对象被不可信的库调用时，不可变形式是安全的；
• 不可变对象被多个线程调用时，不存在竞态条件问题
• 不可变集合不须要考虑变化，所以能够节省时间和空间。全部不可变的集合都比它们的可变形式有更好的内存利用率（分析和测试细节）；
• 不可变对象由于有固定不变，能够做为常量来安全使用。
• 建立对象的不可变拷贝是一项很好的防护性编程技巧。

若是你没有修改某个集合的需求，或者但愿某个集合保持不变时，把它防护性地拷贝到不可变集合是个很好的实践。

JDK的实现

JDK的Collections类提供如下不可变集合，用于开发者的一些不可变需求：

Guava的实现

同时，Guava亦提供如下不可变集合：