为什么ImmutableMap是不可变集合,是线程安全的?
首先介绍一下基本概念,什么事immutable
何为Immutable对象?
简单地说,如果一个对象实例不能被更改就是一个Immutable的对象,Java SDK提供的大量值对象,比如String等都是Immutable的对象。
如何使对象Immutable?
按照Effective Java的说明,需要满足下面几条规则:
- 保证类不能被继承 - 为了避免其继承的类进行mutable的操作
- 移调所有setter/update等修改对象实例的操作
- 保证所有的field是private和final的
不可变对象(immutable objects),后面文章我将使用immutable objects来代替不可变对象!
那么什么是immutable objects?什么又是mutable Objects呢?
immutable Objects就是那些一旦被创建,它们的状态就不能被改变的Objects,每次对他们的改变都是产生了新的immutable的对象,而mutable Objects就是那些创建后,状态可以被改变的Objects.
举个例子:String和StringBuilder,String是immutable的,每次对于String对象的修改都将产生一个新的String对象,而原来的对象保持不变,而StringBuilder是mutable,因为每次对于它的对象的修改都作用于该对象本身,并没有产生新的对象。
但有的时候String的immutable特性也会引起安全问题,这就是密码应该存放在字符数组中而不是String中的原因!
immutable objects 比传统的mutable对象在多线程应用中更具有优势,它不仅能够保证对象的状态不被改变,而且还可以不使用锁机制就能被其他线程共享。
实际上JDK本身就自带了一些immutable类,比如String,Integer以及其他包装类。为什么说String是immutable的呢?比如:java.lang.String 的trim,uppercase,substring等方法,它们返回的都是新的String对象,而并不是直接修改原来的对象。
如何在Java中写出Immutable的类?
要写出这样的类,需要遵循以下几个原则:
1)immutable对象的状态在创建之后就不能发生改变,任何对它的改变都应该产生一个新的对象。
2)Immutable类的所有的属性都应该是final的。
3)对象必须被正确的创建,比如:对象引用在对象创建过程中不能泄露(leak)。
4)对象应该是final的,以此来限制子类继承父类,以避免子类改变了父类的immutable特性。
5)如果类中包含mutable类对象,那么返回给客户端的时候,返回该对象的一个拷贝,而不是该对象本身(该条可以归为第一条中的一个特例)
当然不完全遵守上面的原则也能够创建immutable的类,比如String的hashcode就不是final的,但它能保证每次调用它的值都是一致的,无论你多少次计算这个值,它都是一致的,因为这些值的是通过计算final的属性得来的!
有时候你要实现的immutable类中可能包含mutable的类,比如java.util.Date,尽管你将其设置成了final的,但是它的值还是可以被修改的,为了避免这个问题,我们建议返回给用户该对象的一个拷贝,这也是Java的最佳实践之一。
使用Immutable类的好处:1)Immutable对象是线程安全的,可以不用被synchronize就在并发环境中共享 2)Immutable对象简化了程序开发,因为它无需使用额外的锁机制就可以在线程间共享
3)Immutable对象提高了程序的性能,因为它减少了synchroinzed的使用
4)Immutable对象是可以被重复使用的,你可以将它们缓存起来重复使用,就像字符串字面量和整型数字一样。你可以使用静态工厂方法来提供类似于valueOf()这样的方法,它可以从缓存中返回一个已经存在的Immutable对象,而不是重新创建一个。
immutable也有一个缺点就是会制造大量垃圾,由于他们不能被重用而且对于它们的使用就是”用“然后”扔“,字符串就是一个典型的例子,它会创造很多的垃圾,给垃圾收集带来很大的麻烦。当然这只是个极端的例子,合理的使用immutable对象会创造很大的价值。
Guava提供的ImmutableMap是一个支持多线程环境下面的安全的Map,同时效率也是很高的Key-Value集合,为什么他就是安全的呢。
先看下面例子:
ImmutableMap.Builder<String, Object> request = ImmutableMap.builder();
request.put("one","1");
request.put("two","2");
request.put("three","3");
Map<String, Object> map = request.build();
让我们首先从Builder<T,T>入手进行分析
public static class Builder<K, V> {
TerminalEntry<K, V>[] entries;
int size;
public ImmutableMap<K, V> build() {
switch (size) {
case 0:
return of();
case 1:
return of(entries[0].getKey(), entries[0].getValue());
default:
return new RegularImmutableMap<K, V>(size, entries);
}
}
}
上面的
ImmutableMap.Builder<String, Object> request = ImmutableMap.builder();
这个实例创建的时候,只是创建了一个空的对象。
那么实际效用的是build()
@SuppressWarnings("unchecked")
Builder(int initialCapacity) {
this.entries = new TerminalEntry[initialCapacity];
this.size = 0;
}