Java 的不可變類 (IMMUTABLE CLASS) 和 可變類 (MUTABLE CLASS)
一、簡單定義
不可變對象(Immutable Objects)即對象一旦被創建，它的狀態(對象的數據，也即對象屬性值)就不能改變，反之即為可變對象(Mutable Objects)。
當滿足以下條件時，對象才是不可變的：
1. 對象創建以后其狀態就不能修改。
2. 對象的所有域都是final類型。
3. 對象是正確創建的(在對象的創建期間，this引用沒有逸出)。
不可變對象的類即為不可變類(Immutable Class)。Java平台類庫中包含許多不可變類，如String、基本類型的包裝類、BigInteger和BigDecimal等。
對於String和StringBuilder，String是immutable的，每次對String對象的修改都將產生一個新的String對象，而原來的對象保持不變。而StringBuilder是mutable，因為每次對於它的對象的修改都作用於該對象本身，並沒有產生新的對象。
二、優缺點
不可變對象有很多優點:
1. 構造、測試和使用都很簡單。
2. 線程安全且沒有同步問題，不需要擔心數據會被其它線程修改。因為在多線程同時進行的情況下，一個可變對象的值很可能被其他進程改變，這樣會造成不可預期的結果，而使用不可變對象就可以避免這種情況。
3. 當用作類的屬性時不需要保護性拷貝。
4. 可以很好的用作Map鍵值和Set元素。
不可變對象最大的缺點就是創建對象的開銷，因為每一步操作都會產生一個新的對象。
三、編寫不可變類
可以遵照以下幾點來編寫一個不可變類:
1. 類應該定義成final，避免被繼承。將類聲明為final (強不可變類)，或者將所有類方法加上final(弱不可變類)。或者使用靜態工廠並聲明構造器為private。
2. 聲明屬性為 private 和 final 。
3. 不要提供任何可以修改對象狀態的方法：不僅僅是set方法，還有任何其它可以改變狀態的方法。
4. 如果類有任何可變對象屬性，那么當它們在類和類的調用者間傳遞的時候必須被保護性拷貝。如果某一個類成員不是原始變量(primitive)或者不可變類，必須通過在成員初始化(in)或者get方法(out)時通過深度clone方法，來確保類的不可變。
注意：get 方法不要把類里的成員變量讓外部客戶端引用，當需要訪問成員變量時，返回成員變量的copy。構造函數不要引用外部可變對象，如果需要引用可以在外部改變值的變量，應該在構造函數里進行defensive copy。
import java.util.Date; /** * Planet是一個不可變類，因為當它構造完成之后沒有辦法改變它的狀態 */ final class Planet { /** * 聲明為final的基本類型數據總是不可變的 */ private final double fMass; /** * 不可變的對象屬性 (String對象不可變) */ private final String fName; /** * 可變的對象屬性. 在這種情況下, 這個可變屬性只能被這個類改變。 * (在其它情況下, 允許在原生類外部改變一個屬性是很有意義的; * 這種情況就是當屬性作為其它地方創建的一個對象引用) */ private final Date fDateOfDiscovery; public Planet(double aMass, String aName, Date aDateOfDiscovery) { fMass = aMass; fName = aName; //創建aDateOfDiscovery的一個私有拷貝，而不是外部變量的引用。 //這是保持fDateOfDiscovery屬性為private的唯一方式, 並且保護這個 //類不受調用者對於原始aDateOfDiscovery對象所做任何改變的影響 fDateOfDiscovery = new Date(aDateOfDiscovery.getTime()); } /** * 返回一個基本類型值. * <p> * 調用者可以隨意改變返回值,但是不會影響類內部。 */ public double getMass() { return fMass; } /** * 返回一個不可變對象 * <p> * 調用者得到內部屬性的一個直接引用. 由於String是不可變的所以沒什么影響 */ public String getName() { return fName; } // /** // * 返回一個可變對象 - 不是一個好的方式. // * // * 調用者得到內部屬性的一個直接引用. 這通常很危險,因為Date對象既可以 // * 被這個類改變也可以被它的調用者改變. 即, 類不再對fDate擁有絕對的控制。 // */ // public Date getDateOfDiscovery() { // return fDateOfDiscovery; // } /** * 返回一個可變對象 - 好的方式. * <p> * 返回屬性的一個保護性拷貝.調用者可以任意改變返回的Date對象,但是不會 * 影響類的內部.為什么? 因為它們沒有fDate的一個引用. 更准確的說, 它們 * 使用的是和fDate有着相同數據的另一個Date的拷貝對象 */ public Date getDateOfDiscovery() { return new Date(fDateOfDiscovery.getTime()); } } public class ImmutableClass { /** * 測試方法 * * @param args */ public static void main(String[] args) { Planet planet = new Planet(1.0D, "earth", new Date()); Date date = planet.getDateOfDiscovery(); date.setTime(888_888_888L); System.out.println("the value of fDateOfDiscovery of internal class : " + planet.getDateOfDiscovery().getTime()); System.out.println("the value of date after change its value : " + date.getTime()); } }
運行結果如下：
the value of fDateOfDiscovery of internal class : 1453794489406
the value of date after change its value : 888888888
由此可見Planet類的屬性fDateOfDiscovery在對象構造完成之后就沒有再改變。
四、使用場景
不可變類最適合表示抽象數據類型（如數字、枚舉類型或顏色）的值。
另一個適合用不可變類實現的好示例就是 事件 。事件的生命期較短，而且常常會在創建它們的線程之外的線程中消耗，所以使它們成為不可變的是利大於弊。同樣地，在 通信系統的 組件間 進行 消息傳遞，將消息對象設計成不可變的是明智的。
但有的時候String的immutable特性也會引起安全問題，這就是密碼應該存放在字符數組中而不是String中的原因！
1. 由於String在Java中是不可變的，如果你將密碼以明文的形式保存成字符串，那么它將一直留在內存中，直到垃圾收集器把它清除。而由於字符串被放在字符串緩沖池中以方便重復使用，所以它就可能在內存中被保留很長時間，而這將導致安全隱患，因為任何能夠訪問內存(memory dump內存轉儲)的人都能清晰的看到文本中的密碼，這也是為什么你應該總是使用加密的形式而不是明文來保存密碼。由於字符串是不可變的，所以沒有任何方式可以修改字符串的值，因為每次修改都將產生新的字符串，然而如果你使用char[]來保存密碼，你仍然可以將其中所有的元素都設置為空或者零。所以將密碼保存到字符數組中很明顯的降低了密碼被竊取的風險。
2. Java本身也推薦使用JPasswordField組件的getPassword()方法，該方法將返回一個字符數組，而放棄了原來的getText()方法，這個方法把密碼以明文的形式返回而可能會引起安全問題。
這就是為什么使用字符數組存儲密碼比字符串更好的原因。只使用字符數組也是不夠的，為了更安全你需要將數組內容進行轉化。建議使用哈希的或者是加密過的密碼而不是明文，然后一旦完成驗證，就將它從內存中清除掉。