Java Immutable Class

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immutable object提供了极具价值的服务。由于他们保证自己的状态从构建之后就一定不再改变。因此他们天生具备多线程安全性。所以我们可以不必对它进行同步控制，这样可能能够提高些性能。但是实现immutable object时你必须实现clone（克隆）功能，而其代价可能不小。

要将一个类变成immutable是要通过多方面的合作才可能造就不变性:

1 将class中的所有数据声明为private。
2 只提供取值函数（getter），不提供设值函数（setter）。
3 声明class为final。
4 从获取器返回references to mutable object之前，先克隆（cloning）那些mutable object。
5 将传递给构造函数的reference to mutable object先clone
6 在构造函数中设定class内含的所有数据。

final class PinNumbers{

    private String acctowner;

   private int checkingApptPin;

   private int savingsAcctPin;

   PinNumbers(String owner,int cPin,int sPin){

     acctOwner = owner;

     checkingAccPin = cPin;

     savingsAcctPin = sPin;

   }

   public String accountOwner(){

     return acctOwner;

   }

  public int chechingPin(){


   return chechingAcctPin;

 }

  public int savingsPin(){

    return savingsAcctPin;

  }

}

这个class不需要克隆（clone）任何数据，因为其构造函数所接受的，或其取值函数（getter）所返回的，都只是基本类型和 reference to immutable object。基本类型不是对象，String class是恒常不变的，所以也不需要对它进行clone。

public class User {
    private String userName;
    private String userID;
    private int userNode;  
    
    public User(String userName, String userID, int userNode)
    {
        this.userName = userName;
        this.userID = userID;
        this.userNode = userNode;
    }
    
    public void setUserName(String userName)
    {
        this.userName = userName;
    }
    public String getUserName()
    {
        return userName;
    }
    
    public void setUserID(String userID)
    {
        this.userID = userID;
    }
    public String getUserID()
    {
        return userID;
    }
    
    public void setUserNode(int userNode)
    {
        this.userNode = userNode;
    }
    public int getUserNode()
    {
        return userNode;
    }
}



public final class DiskDriveInfo {
    private int driveSize;
    private String volumeLabel;
    private User driveShare;

    DiskDriveInfo(int size, String volLabel,User share)
    {
        driveSize = size;
        volumeLabel =volLabel;
        driveShare = share;
    }

    public int size()
    {
        return driveSize;
    }

    public String label()
    {
        return volumeLabel;
    }

    public User share()
    {
        return driveShare;
    }
}

上述DiskDriveInfo并不是immutable，因为在DiskDriveInfo可能改变user的值，例如：

public class ImmutableTest {
    public static void main(String[] args)
    {
        User user = new User("AAA", "04308032", 10001);        
        DiskDriveInfo info = new DiskDriveInfo(32, "mutable", user);        
        System.out.println(info.share().getUserName());
        user.setUserName("BBB");
        System.out.println(info.share().getUserName());
    }
}

上述代码的输出为：
AAA
BBB

想要将DiskDriveInfo类实现为immutable, 首先必须为User类实现clone()方法：

public class User implements Cloneable{
    private String userName;
    private String userID;
    private int userNode;  
    
    public User(String userName, String userID, int userNode)
    {
        this.userName = userName;
        this.userID = userID;
        this.userNode = userNode;
    }
    
    public void setUserName(String userName)
    {
        this.userName = userName;
    }
    public String getUserName()
    {
        return userName;
    }
    
    public void setUserID(String userID)
    {
        this.userID = userID;
    }
    public String getUserID()
    {
        return userID;
    }
    
    public void setUserNode(int userNode)
    {
        this.userNode = userNode;
    }
    public int getUserNode()
    {
        return userNode;
    }
    
    public Object clone()
    {
        try {
            User copy = (User)super.clone();
            return copy;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}

然后将DiskDriveInfo类的定义修改为：

public final class DiskDriveInfo {
    private int driveSize;
    private String volumeLabel;
    private User driveShare;

    DiskDriveInfo(int size, String volLabel,User share)
    {
        driveSize = size;
        volumeLabel =volLabel;
        driveShare = (User)share.clone();
    }

    public int size()
    {
        return driveSize;
    }

    public String label()
    {
        return volumeLabel;
    }

    public User share()
    {
        return (User)driveShare.clone();
    }
}

结果上述测试代码的输出将变成：
AAA
AAA

假如DiskDriveInfo类里面的不是一个user对象 而是一个Vector，里面保存了许多user对象。难道时调用Vector里面的clone（）吗？可惜Vector克隆的不是整个的对象树，而是克隆了一个Vector但是里面的指向的user对象还是以前那个user对象的。这时候我们就需要深层克隆（Deep Cloning）

如：

class ShareVector extends Vector{

   ShareVector(int Size){

      super(size);

    }

  public Object clone(){

     ShareVector v = (ShareVector)super.clone();

    int size = size();

  for(int i=0;i<size;i++){

    User u = (User)(this.get(i));

     v.setElementAt((User)(u.clone()),i);

   }

  return v;

  }

}

或者在DiskDriveInfo中提供一个cloneVector(Vector)的方法好了。

private Vector cloneVector(Vector v){

   int size = v.size();

   Vector newVector = new Vector();

    for(int i=0;i<size;i++){

    newVector.add((User)(v.get(i)).clone));

   return newVector;

   }

}

总而言之，在实现了一个immutable class（不可变类）时，请遵守下列规则。

1、声明这个class为final。

2。声明所有的数据为private。

3。只提供取值函数（getter），不提供设值函数（setter）。

4、在构造函数中设置所有的instance数据。

5、如果函数返回references to mutable objects，请先克隆那些mutable objects。

6、如果函数接受references to mutable objects，请先克隆那些mutable objects。

7、如果缺省之浅层克隆（shallow clone）不能符合immutable object的正常行为，请实现出深层克隆（deep cloning）