《JAVA與模式》之不變模式

在閻宏博士的《JAVA與模式》一書中開頭是這樣描述不變（Immutable）模式的：

　　一個對象的狀態在對象被建立之後就不再變化，這就是所謂的不變模式。

不變模式的結構

　　不變模式可增強對象的強壯型(robustness)。不變模式允許多個對象共用某一個對象，降低了對該對象進行並發訪問時的同步化開銷。如果需要修改一個不變對象的狀態，那麼就需要建立一個新的同類型對象，並在建立時將這個新的狀態儲存在新對象裡。

　　不變模式只涉及到一個類。一個類的內部狀態建立後，在整個生命週期都不會發生變化時，這樣的類稱作不變類。這種使用不變類的做法叫做不變模式。不變模式有兩種形式：一種是弱不變模式，另一種是強不變模式。

　弱不變模式

　　一個類的執行個體的狀態是不可改變的；但是這個類的子類的執行個體具有可能會變化的狀態。這樣的類符合弱不變模式的定義。要實現弱不變模式，一個類必須滿足下麵條件：

　　第一、所考慮的對象沒有任何方法會修改對象的狀態；這樣一來，當對象的建構函式將對象的狀態初始化之後，對象的狀態便不再改變。

　　第二、所有屬性都應當是私人的。不要聲明任何的公開的屬性，以防用戶端對象直接修改任何的內部狀態。

　　第三、這個對象所引用到的其他對象如何是可變對象的話，必須設法限制外界對這些可變對象的訪問，以防止外界修改這些對象。如何可能，應當盡量在不變對象內部初始化這些被引用的對象，而不要在用戶端初始化，然後再傳入到不變對象內部來。如果某個可變對象必須在用戶端初始化，然後再傳入到不變對象裡的話，就應當考慮在不變對象初始化的時候，將這個可變對象複製一份，而不要使用原來的拷貝。

　　弱不變模式的缺點是：

　　第一、一個弱不變對象的子物件可以是可變對象；換言之，一個弱不變對象的子物件可能是可變的。

　　第二、這個可變的子物件可能可以修改父物件的狀態，從而可能會允許外界修改父物件的狀態。

 

　強不變模式

　　一個類的執行個體不會改變，同時它的子類的執行個體也具有不可變化的狀態。這樣的類符合強不變模式。要實現強不變模式，一個類必須首先滿足弱不變模式所要求的所有條件，並且還有滿足下麵條件之一：

　　第一、所考慮的類所有的方法都應當是final，這樣這個類的子類不能夠置換掉此類的方法。

　　第二、這個類本身就是final的，那麼這個類就不可能會有子類，從而也就不可能有被子類修改的問題。

 

　“不變"和"唯讀"的區別

　　"不變"(Immutable)與"唯讀"(Read Only)是不同的。當一個變數是”唯讀“時，變數的值不能直接改變，但是可以在其他變數發生改變的時候發生改變。

　　比如，一個人的出生年月日是”不變“屬性，而一個人的年齡便是”唯讀“屬性，不是”不變“屬性。隨著時間的變化，一個人的年齡會隨之發生變化，而人的出生年月日則不會變化。這就是”不變“和“唯讀”的區別。

 

 

不變模式在JAVA中的應用

　　不變模式在JAVA中最著名的應用便是java.lang.String類。String類是一個強不變類型，在出現如下的語句時：

        String a = "test";        String b = "test";        String c = "test";

　　JAVA虛擬機器其實只會建立這樣一個字串的執行個體，而這三個String對象都在共用這一個值。

 

不變模式的優點和缺點

　　不變模式有很明顯的優點：

　　（1）因為不能修改一個不變對象的狀態，所以可以避免由此引起的不必要的程式錯誤；換言之，一個不變的對象要比可變的對象更加容易維護。

　　（2）因為沒有任何一個線程能夠修改不變對象的內部狀態，一個不變對象自動就是安全執行緒的，這樣就可以省掉處理同步化的開銷。一個不變對象可以自由地被不同的用戶端共用。

　　不變模式的缺點：

　　不變模式唯一的缺點是：一旦需要修改一個不變對象的狀態，就只好建立一個新的同類對象。在需要頻繁修改不變對象的環境裡，會有大量的不變對象作為中間結果被建立出來，再被JAVA垃圾收集器收集走。這是一種資源上的浪費。

　　在設計任何一個類的時候，應當謹慎考慮其狀態是否有需要變化的可能性。除非其狀態有變化的必要，不然應當將它設計成不變類。