关于Java中的Mutable 和 Immutable类型

　　在软件构造这门课程当中，老师最先强调的就是Java中的Mutable类型的变量和Immutable类型的变量。但是因为没有教材，所以大多数同学在这方面的知识可能仅仅停留在课堂上，所以这篇blog打算总结一下这两种变量以便更好地学习。

Mutable类型变量

概念：

　　mutable ： When you assign to a variable or a field, you’re changing where the variable’s arrow points. You can point it to a different value. When you assign to the contents of a mutable value – such as an array or list – you’re changing references inside that value.

　　可变类型的对象：提供了可以改变其内部数据值的操作，其内部的值可以被重新更改。

图形化解释：

　

关于Mutable变量的优缺点：

　　StringBuilder类型是mutable的，创建成功后，可以利用一些方法来改变它指向地址中的内容。

StringBuilder sb = new StringBuilder("a");
sb.append("b");

 　　

 

 　　可以发现，sb指向的内存地址没变，只是地址内的内容改变了。之后，再来参照如下的代码：

String t = s;
t = t + "c";

StringBuilder tb = sb;
tb.append("c");

 　　可以发现，当有变量t指向s，tb指向sb时，问题就呈现出来了，当改变t的值时，s的值并没有改变；但当改变tb的值时，sb的值跟着改变，这就会造成一些可怕的后果。既然可变类型会产生一些意外的后果，而且我们已经有了Immutable的String类型，那么要StringBuilder类型做什么呢？参考下面代码：

String s = "";
for (int i = 0; i < n; ++i) {
    s = s + i;
}

　　如果s被设为String类型，那么，每次在s后面接字符串的时候，都会将之前s中的内容复制一份再加上n，然后放到另一块内存区域，由于要更改s的指向，所以每次都需要复制之前的字符串，“0”被复制了n次，这样本来增加了n个字符，结果却需要O（n²）；然而使用StringBuilder就可以直接在原字符串后增加，效率提高了很多，当需要转成字符串时，只需利用toString()方法。

StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < n; ++i) {
  sb.append(String.valueOf(i));
}
String s = sb.toString();

　　但是Mutable类型的缺点也是显而易见的。参照下面的几个方法：

/** @return the sum of the numbers in the list */
public static int sum(List<Integer> list) {
    int sum = 0;
    for (int x : list)
        sum += x;
    return sum;
}
/** @return the sum of the absolute values of the numbers in the list */
public static int sumAbsolute(List<Integer> list) {
    // let's reuse sum(), because DRY, so first we take absolute values
    for (int i = 0; i < list.size(); ++i)
        list.set(i, Math.abs(list.get(i)));
    return sum(list);
}
public static void main(String[] args) {
    // ...
    List<Integer> myData = Arrays.asList(-5, -3, -2);
    System.out.println(sumAbsolute(myData));
    System.out.println(sum(myData));
}

　　首先写一个sum方法，计算参数列表中元素之和，然后再写一个计算列表元素绝对值之和的方法，最后在main方法中查看最后的输出：会发现，输出的都是10，而不是我们预期那样，可见，可变数据类型发生了参数的更改，这在我们写程序的时候会发生致命的问题。

　　如果使用mutable，不仅函数的参数会发生改变，函数返回值也会发生变化，这个时候，为了不让客户端程序员更改，我们可以使用防御性复制的方法，即返回复制的副本。如果使用mutable，不仅函数的参数会发生改变，函数返回值也会发生变化，这个时候，为了不让客户端程序员更改，我们可以使用防御性复制的方法，即返回复制的副本。

Immutable类型变量

概念：

　　Immutable ： variables that are assigned once and never reassigned.

　　不可变数据类型：其内部的操作不会改变内部的值，一旦试图更改其内部值，将会构造一个新的对象而非对原来的值进行更改。

图形化解释：

　　

 

 

 关于Immutable变量的优缺点：

　　不可变对象有很多优点:构造、测试和使用都很简单、 线程安全且没有同步问题，不需要担心数据会被其它线程修改。因为在多线程同时进行的情况下，一个可变对象的值很可能被其他进程改变，这样会造成不可预期的结果，而使用不可变对象就可以避免这种情况、 当用作类的属性时不需要保护性拷贝、 可以很好的用作Map键值和Set元素。
　　真如上一节中所描述的那样：不可变对象最大的缺点就是创建对象的开销，因为每一步操作都会产生一个新的对象。

总结对比：

	mutable	immutable
优点	可变类型会减少数据的拷贝次数，从而其效率 要高于immutable	由于内部数据不可变，所以对其频发修改会产生大量的临时拷贝，浪费空间
缺点	可变类型由于其内部数据可变，所以其风险更大	内部数据的不可变导致其更加安全，可以用作多线程的共享对象而不必考虑同步问题

如何维护一个Immutable类型的类：

1）确保fileds中的成员都被private final修饰：private保证内部成员不会被外部直接访问；final确保在成员被初始化之后不会被重新assigned。

2）不提供改变成员的方法，例如set()方法。

3）使用final修饰自定义类，确保类中的所有方法不会被重写。

4）如果类中的某成员为mutable类型，那么在初始化该成员或者企图使用get方法从外部对其进行观察的时候，应该使用深度拷贝，确保类immutable。