Java中的Final与不可变性比较-猿码集

1. Final与不可变性的概念介绍

Final与不可变性是Java编程语言中常见的概念，在程序设计过程中，我们需要了解它们的含义以及其用法。

Final指的是“不可变性”（immutability），它是Java关键字之一。它可以用来修饰类、方法、变量等，在不同的情境下，它所表示的含义也不同。在类和方法中，Final表示该类或方法不可被继承或重写；在变量中，Final表示该变量的值不可更改。

不可变性就是指对象一旦创建，其状态（属性）就不能被修改。如果要改变对象的值，就必须重新创建一个新的对象，这种特性被广泛应用于Java的众多框架中，比如Spring、Hibernate等。

2. Final变量

2.1 定义

Final变量是指一旦初始化后就不能被修改的变量。一般来说，Final变量被赋值后就不能再次修改了。

下面是一个Final变量定义的示例代码：


public class FinalDemo {
    public static final double PI = 3.141592653589793;
    public static void main(String[] args) {
        double r = 3.5;
        double area = PI * r * r;
        System.out.println("The area of a circle with radius " + r + " is " + area);
    }
}

上面代码中，PI是一个Final变量，它的值不能被再次修改。

2.2 Final变量的用途

Final变量一般用于表示常量或不变的量，比如数学中的π，或者一个配置参数，在多处被引用时，可以减少代码的冗余。

2.3 Final变量的内存模型

Final变量在内存中存储的时候，会被放置在常量池中。

下面是一个关于Final变量内存模型的示例代码：


public class FinalDemo {
    public static final double PI = 3.141592653589793;
    public static void main(String[] args) {
        double r = 3.5;
        double area = PI * r * r;
        System.out.println("The area of a circle with radius " + r + " is " + area);
    }
}

上面代码中，PI被放置在常量池中，Java虚拟机在加载类的时候，将会把它们加载到常量池中，并在需要的地方直接使用常量池中的值。

3. 不可变对象

3.1 定义

不可变对象指的是一旦创建就不能再被修改的对象。它的状态（属性）一旦被设置，就不能再更改状态。如果需要修改对象的状态，则只能创建一个新的对象，不会修改原来的对象，这也是不可变对象的特性。

下面的示例代码是一个不可变对象的定义：


public final class ImmutableObject {
    private final String name;
    private final int age;
    public ImmutableObject(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
}

示例代码中，ImmutableObject对象的状态（属性）一旦确定，就不能再被修改。

3.2 不可变对象的优势

不可变对象具有很多优势，其中最重要的优势之一就是线程安全。由于不可变对象不会被修改，所以在多线程环境中，它不会发生竞争条件（race condition）的问题。

不可变对象还可以提高程序的性能，在需要使用到它的场合时，可以直接复制或者共享这个对象，避免了创建一个对象的开销。

还有一点就是很多著名的Java框架都使用了不可变对象，比如Guava中的ImmutableList、Java8中的Stream等。

3.3 不可变对象的创建

在Java中创建一个不可变对象比较容易，只需要确保对象状态（属性）一旦确定就不能再修改即可。下面是创建一个不可变对象的基本步骤：

用final关键字给属性赋值

不提供setter方法

确保类本身是final的或者在构造函数中不会再调用其他的方法

3.4 不可变对象的例子

下面是一个创建不可变对象的示例：


public final class ImmutableObject {
    private final String name;
    private final int age;
    public ImmutableObject(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
}

4. Final变量和不可变对象的比较

4.1 相同点

Final变量和不可变对象都具有不可变性的特性，它们一旦被定义或创建，它们的值或状态就不能被修改。

4.2 不同点

虽然它们都具有不可变性的特性，但它们的使用场景和含义还是有所区别的:

Final变量常用于表示常量或者不变的量，比如数学中的π，或者一个配置参数，在多处被引用时，可以减少代码的冗余。

不可变对象则用于表示具有完整性的数据结构，比如一组数据或一个对象的状态，在多线程环境中可以保证线程安全。

下面是一个Final变量和不可变对象混合使用的样例：


public final class ImmutableObject {
    private final String name;
    private final int age;
    public static final ImmutableObject EMPTY = new ImmutableObject("", 0);
    public ImmutableObject(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public static ImmutableObject empty() {
        return EMPTY;
    }
}

在上面的样例中，不可变对象ImmutableObject通过设置Final变量EMPTY的方式来实现单例设计模式，使得多个对象可以共用同一份内存，避免不必要的开销。

5. 结论

Final变量和不可变对象都是Java编程语言中常用的语法，它们可以用来表示不可变性，并具有类似的特征，但它们的使用场景和含义还是有所区别。了解它们的概念、定义、用途和内存模型，将有助于我们更好地理解Java编程语言的相关知识。

Java中的Final与不可变性比较