什么是 Java 中的不可变类？

不可变类的特性

1. 所有字段都是 final：所有字段都应该使用 final 修饰，这样它们在对象构造后就不能再被修改。

2. 没有修改状态的方法：不可变类不提供任何修改字段值的方法。

3. 构造函数完全初始化：所有字段必须在构造函数中完全初始化。

4. 类声明为 final：通常将类声明为 final，防止子类继承和修改其行为。

5. 只提供访问器方法（getter）：提供访问字段值的 getter 方法，但没有对应的 setter 方法。

6. 深度复制：如果类包含引用类型的字段（如对象），应确保这些对象本身也是不可变的，或者在构造函数中进行深度复制，防止外部对象的修改影响到不可变类的状态。

创建不可变类的示例

// 将类声明为 final，防止继承
public final class Person {
    // 所有字段都使用 final 修饰
    private final String name;
    private final int age;

    // 构造函数完全初始化所有字段
    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    // 只提供 getter 方法，没有 setter 方法
    public String getName() {
        return name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    // 没有方法能修改对象的状态
}

在这个例子中，Person 类是不可变的。一旦创建 Person 对象后，它的 name 和 age 字段就不能再被修改。

使用不可变类的好处

1. 线程安全：不可变对象本质上是线程安全的，因为它们的状态无法改变，因此不需要同步机制。

2. 容易设计和使用：由于不可变对象不能被修改，所以使用起来更加简单，不会意外地被改变。

3. 更好的缓存和复用：因为不可变对象不会改变，它们可以安全地被缓存和共享，例如在集合或作为常量使用。

4. 故障安全性：由于不可变对象的状态不会改变，因此它们在出现异常时不需要回滚。

注意事项

• 如果类中有包含引用类型（如数组、集合）的字段，应确保这些引用类型也不可变，或者在构造函数中进行深度复制，避免对象的可变状态影响类的不可变性。

示例：

import java.util.Arrays;

public final class Student {
    private final String name;
    private final int[] grades;

    public Student(String name, int[] grades) {
        this.name = name;
        // 深度复制数组，避免外部修改影响对象状态
        this.grades = Arrays.copyOf(grades, grades.length);
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public int[] getGrades() {
        // 返回数组的副本，避免外部修改
        return Arrays.copyOf(grades, grades.length);
    }
}

在这个例子中，Student 类中的 grades 数组是通过深度复制实现不可变性的，确保外部代码无法通过数组引用来改变 Student 对象的状态。

总结

不可变类是 Java 编程中一种重要的设计模式，特别适用于需要线程安全、简化设计和维护的场景。通过使用 final 修饰符、深度复制和不提供状态修改方法，开发者可以创建真正不可变的对象。