深入不可变类——谈谈String与包装类的底层实现
一、走进不可变类
不可变类是指在创建实例后该例变量不可以改变的类。
比如String类和包装类。
定义不可变类需要遵守：
- 成员变量设置为priavte ,final修饰
- 提供带参构造器对成员变量进行初始化
- 只提供getter，不提供setter
- 如有必要，重写equals()和hashcode()，使成员变量值一样的实例equals()运算返回true且hashcode值相同。
下面简单实现了一个不可变类。
public class Address {
private final String detail;
private final String postCode;
public Address() {
detail="";
postCode="";
}
public Address(String detail, String postCode) {
super();
this.detail = detail;
this.postCode = postCode;
}
public String getDetail() {
return detail;
}
public String getPostCode() {
return postCode;
}
public boolean equals(Object obj){
if(this==obj) return true;
if(obj!=null&&(obj.getClass()==Address.class)){
Address ad=(Address)obj;
if(ad.getDetail().equals(this.getDetail())&&ad.getPostCode().equals(this.getPostCode())){
return true;
}
}
return false;
}
public int hashcode(){
return detail.hashCode()+postCode.hashCode()\*31;
}
}二、含有引用类型成员变量的不可变类
对于Address类，它的成员变量都是基本数据类型，但是如果是引用数据类型的成员变量，把引用成员变量定义成为final类型只是代表引用地址不会发生改变，如果这个引用成员变量是可变类型的对象，其值仍然可能发生改变，这种情况一旦出现，设计不可变类的需求就会失败。比如下面这个例子。
class Name {
private String firstName;
private String lastName;
public Name() {
}
public Name(String firstName, String lastName) {
super();
this.firstName = firstName;
this.lastName = lastName;
}
public String getFirstName() {
return firstName;
}
public void setFirstName(String firstName) {
this.firstName = firstName;
}
public String getLastName() {
return lastName;
}
public void setLastName(String lastName) {
this.lastName = lastName;
}
}
public class Person {
private final Name name;
public Name getName() {
return name;
}
public Person(Name name) {
super();
this.name = name;
}
public static void main(String\[\] args) {
Name name = new Name("悟空", "孙");
Person p = new Person(name);
// 输出悟空
System.out.println(p.getName().getFirstName());
name.setFirstName("八戒");
// 输出八戒
System.out.println(p.getName().getFirstName());
}
}
我们可以对Person类进行下修改，实现不可变类的设计需求。
public class Person {
private final Name name;
public Name getName() {
// 返回一个成员变量name的副本
return new Name(name.getFirstName(), name.getFirstName());
}
public Person(Name name) {
super();
// 创建一个新的name副本，使其与形参name的FirstName,lastName值相同
this.name = new Name(name.getFirstName(), name.getFirstName());
}
}三、带缓冲池的不可变类
不可变类的实例状态不会发生改变，可以方便地被多个对象所共享，如果需要频繁使用实例对象，可以进行缓存，毕竟创建相同的对象没有意义，还会加大系统的内存开销。下面我们通过一个数组来作为缓存池，实现一个缓存实例的不可变类。
ublic class CacheImmutale {
private static int MAX_SIZE = 10;
private static CacheImmutale[] Cache = new CacheImmutale[MAX_SIZE];
// 用来记录实例在缓存中的位置，CacheImmutale[pos-1]为最新的缓存实例
private static int pos = 0;
private final String name;
public String getName() {
return name;
}
private CacheImmutale(String name) {
super();
this.name = name;
}
public static CacheImmutale valueof(String name) {
// 如果存在该实例，则返回该实例
for (int i = 0; i < MAX_SIZE; i++) {
if (Cache[i] != null && Cache[i].getName().equals(name)) {
return Cache[i];
}
}
// 如果缓冲池满了，则把实例放入缓冲池数组最开始,pos置1
if (pos == MAX_SIZE) {
Cache[0] = new CacheImmutale(name);
pos = 1;
}
// 创建实例加入缓冲池,pos加1
else {
Cache[pos++] = new CacheImmutale(name);
}
return Cache[pos - 1];
}
@Override
public int hashCode() {
return name.hashCode();
}
@Override
public boolean equals(Object obj) {
if (this == obj)
return true;
if (obj != null && (obj.getClass() == CacheImmutale.class)) {
CacheImmutale cache = (CacheImmutale) obj;
if (cache.getName().equals(this.getName())) {
return true;
}
}
return false;
}
public static void main(String[] args) {
CacheImmutale c1 = CacheImmutale.valueof("张三");
CacheImmutale c2 = CacheImmutale.valueof("张三");
//输出true
System.out.println(c1 == c2);
}
}
包装类Integer就采取了类似的缓冲机制，当使用Integer.valueof()创建实例时，-128~127的Integer对象都可以直接在缓冲池中引用。下面看看这道常考的笔试题，有没有感到豁然开朗。
public class WrapClassCompare {
public static void main(String[] args) {
Integer it1 = new Integer(5);
// 基本数据类型和包装类型进行比较,比较值,顺利进行,true
System.out.println(it1 == 5);
Integer it2 = new Integer(5);
// 两个引用类型数据,比较的是地址，false
System.out.println(it1 == it2);
// 通过自动装箱把基本类型数据赋值给引用类型数据
Integer it3 = 5;
Integer it4 = 5;
// 输出true，这是因为-128~127的Integer类型数据自动装箱数据时，会直接引用Integer\[\]类型的cache数组中元素
System.out.println(it3 == it4);
Integer it5 = 128;
Integer it6 = 128;
//输出false,Integer的cache数组存放容量有限，只存放-128~127
System.out.println(it5 == it6);
}
}带缓存的不可变类并不是在任何场合都适用，如果一个对象使用的频率不高，不要用缓存来存放，这样会浪费系统内存资源。
