如何進行Immutable List的原理分析

Immutable List，顧名思義，就是，啥，不明白 Immutable 是什么意思？一成不變的意思，所以 Immutable List 就是一個不可變的 List 類，這意味著該 List 聲明后，它的內(nèi)容就是固定的，不可增刪改的。

如果對不可變類比較陌生的話，可以先點擊下面的鏈接查看我之前寫的另外一篇文章。

這次要說不明白immutable類，我就怎么地

如果嘗試對 List 中的元素進行增加、刪除或者更新，就會拋出 UnsupportedOperationException 異常。

另外，Immutable List 中的元素是非 null 的，如果使用 null 來創(chuàng)建 Immutable List，則會拋出 NullPointerException；如果嘗試在 Immutable List 中添加 null 元素，則會拋出 UnsupportedOperationException。

那 Immutable List 有什么好處呢？

• 它是線程安全的；

• 它是高效的；

• 因為它是不可變的，就可以像 String 一樣傳遞給第三方類庫，不會發(fā)生任何安全問題。

那接下來，我們來看一下，如何創(chuàng)建 Immutable List。注意，源碼是基于 JDK14 的。

01、借助原生 JDK

Collections 類的 unmodifiableList() 方法可以創(chuàng)建一個類似于 Immutable List 的 UnmodifiableList 或者 UnmodifiableRandomAccessList，都是不可修改的。

public static <T> List<T> unmodifiableList(List<? extends T> list) {
    return (list instanceof RandomAccess ?
            new Collections.UnmodifiableRandomAccessList<>(list) :
            new Collections.UnmodifiableList<>(list));
}

來看一下使用方法：

List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("沉默王二", "沉默王三", "沉默王四"));
List<String> unmodifiableList = Collections.unmodifiableList(list);

我們嘗試往 unmodifiableList 中添加元素“沉默王五”：

unmodifiableList.add("沉默王五");

運行后會拋出 UnsupportedOperationException 異常：

Exception in thread "main" java.lang.UnsupportedOperationException
    at java.base/java.util.Collections$UnmodifiableCollection.add(Collections.java:1062)
    at com.cmower.mkyong.immutablelist.ImmutableListDemo.main(ImmutableListDemo.java:16)

02、借助 Java 9

Java 9 的時候，List 類新增了一個 of() 靜態(tài)工廠方法，可以用來創(chuàng)建不可變的 List。先來看一下源碼：

static <E> List<E> of(E e1, E e2, E e3) {
    return new ImmutableCollections.ListN<>(e1, e2, e3);
}

of() 方法有很多變體，比如說：

static <E> List<E> of(E e1) {
        return new ImmutableCollections.List12<>(e1);
    }
static <E> List<E> of(E e1, E e2) {
        return new ImmutableCollections.List12<>(e1, e2);
    }
static <E> List<E> of(E e1, E e2, E e3, E e4) {
    return new ImmutableCollections.ListN<>(e1, e2, e3, e4);
}
static <E> List<E> of(E e1, E e2, E e3, E e4, E e5) {
    return new ImmutableCollections.ListN<>(e1, e2, e3, e4, e5);
}
static <E> List<E> of(E e1, E e2, E e3, E e4, E e5, E e6, E e7, E e8, E e9, E e10) {
    return new ImmutableCollections.ListN<>(e1, e2, e3, e4, e5,
            e6, e7, e8, e9, e10);
}

該方法的設(shè)計者也挺有意思的，of() 方法的參數(shù)，從 0 到 10 都有一個相同簽名的重載方法。

甚至當(dāng)參數(shù)是可變的時候，使用 switch 語句對參數(shù)的個數(shù)進行了判斷，然后調(diào)用不同的重載方法：

static <E> List<E> of(E... elements) {
    switch (elements.length) { // implicit null check of elements
        case 0:
            @SuppressWarnings("unchecked")
            var list = (List<E>) ImmutableCollections.ListN.EMPTY_LIST;
            return list;
        case 1:
            return new ImmutableCollections.List12<>(elements[0]);
        case 2:
            return new ImmutableCollections.List12<>(elements[0], elements[1]);
        default:
            return new ImmutableCollections.ListN<>(elements);
    }
}

不管是 ImmutableCollections.List12 還是 ImmutableCollections.ListN，它們都是 final 的，并且繼承了 AbstractImmutableList，里面的元素也是 final 的。

static final class List12<E> extends ImmutableCollections.AbstractImmutableList<E>
        implements Serializable {

    @Stable
    private final E e0;

    @Stable
    private final E e1;
}

static final class ListN<E> extends ImmutableCollections.AbstractImmutableList<E>
        implements Serializable {

    // EMPTY_LIST may be initialized from the CDS archive.
    static @Stable List<?> EMPTY_LIST;

    static {
        VM.initializeFromArchive(ImmutableCollections.ListN.class);
        if (EMPTY_LIST == null) {
            EMPTY_LIST = new ImmutableCollections.ListN<>();
        }
    }

    @Stable
    private final E[] elements;
}

好了，來看一下使用方法吧：

final List<String> unmodifiableList = List.of("沉默王二", "沉默王三", "沉默王四");
unmodifiableList.add("沉默王五");

ImmutableCollections 的內(nèi)部類 ListN 或者 List12 同樣不可修改，使用 add() 方法添加元素同樣會在運行時拋出異常：

Exception in thread "main" java.lang.UnsupportedOperationException
    at java.base/java.util.ImmutableCollections.uoe(ImmutableCollections.java:73)
    at java.base/java.util.ImmutableCollections$AbstractImmutableCollection.add(ImmutableCollections.java:77)
    at com.cmower.mkyong.immutablelist.ImmutableListDemo.main(ImmutableListDemo.java:20)

03、借助 Guava

Guava 工程包含了若干被 Google 的 Java 項目廣泛依賴的核心庫，例如：集合 [collections] 、緩存 [caching] 、原生類型支持 [primitives support] 、并發(fā)庫 [concurrency libraries] 、通用注解 [common annotations] 、字符串處理 [string processing] 、I/O 等等。所有這些工具每天都在被 Google 的工程師應(yīng)用在產(chǎn)品服務(wù)中。

在實際的項目實戰(zhàn)當(dāng)中，Guava 類庫的使用頻率真的蠻高的，因此我們需要在項目中先引入 Guava 的 Maven 依賴。

<dependency>
    <groupId>com.google.guava</groupId>
    <artifactId>guava</artifactId>
    <version>28.1-jre</version>
</dependency>

Guava 定了一個 ImmutableList 類，它的聲明方式如下所示：

@GwtCompatible(serializable = true, emulated = true)
@SuppressWarnings("serial") // we're overriding default serialization
public abstract class ImmutableList<E> extends ImmutableCollection<E>
    implements List<E>, RandomAccess {
}

它的類結(jié)構(gòu)關(guān)系如下所示：

java.lang.Object
  ? java.util.AbstractCollection
      ? com.google.common.collect.ImmutableCollection
          ? com.google.common.collect.ImmutableList

ImmutableList 類的 copyOf() 方法可用于創(chuàng)建一個不可變的 List 對象：

List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("沉默王二", "沉默王三", "沉默王四"));
List<String> unmodifiableList = ImmutableList.copyOf(list);
unmodifiableList.add("沉默王五");

ImmutableList 同樣不允許添加元素，add() 方法在執(zhí)行的時候會拋出 UnsupportedOperationException 異常：

Exception in thread "main" java.lang.UnsupportedOperationException
    at com.google.common.collect.ImmutableCollection.add(ImmutableCollection.java:244)
    at com.cmower.mkyong.immutablelist.ImmutableListDemo.main(ImmutableListDemo.java:25)

ImmutableList 類的 of() 方法和 Java 9 的 of() 方法類似，同樣有很多相同簽名的重載方法，使用方法也完全類似：

List<String> unmodifiableList = ImmutableList.of("沉默王二", "沉默王三", "沉默王四");

ImmutableList 類還提供了 builder 模式，既可以在創(chuàng)建的時候添加元素，也可以基于已有的 List 創(chuàng)建，還可以將兩者混合在一起。

ImmutableList<String> iList = ImmutableList.<String>builder()
        .add("沉默王二", "沉默王三", "沉默王四")
        .build();

List<String> list = List.of("沉默王二", "沉默王三", "沉默王四");
ImmutableList<String> iList = ImmutableList.<String>builder()
        .addAll(list)
        .build();

List<String> list = List.of("沉默王二", "沉默王三", "沉默王四");
ImmutableList<String> iList = ImmutableList.<String>builder()
        .addAll(list)
        .add("沉默王五")
        .build();

04、Collections.unmodifiableList() 和 ImmutableList 有什么區(qū)別？

Collections.unmodifiableList() 基于原有的 List 創(chuàng)建了一個不可變的包裝器，該包裝器是不可修改的，但是，我們可以通過對原有的 List 進行修改，從而影響到包裝器，來看下面的示例：

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("沉默王二");

List<String> iList = Collections.unmodifiableList(list);

list.add("沉默王三");
list.add("沉默王四");

System.out.println(iList);

程序輸出的結(jié)果如下所示：

[沉默王二, 沉默王三, 沉默王四]

但如果我們通過 ImmutableList 類創(chuàng)建一個不可變 List，原有 List 的改變并不會影響到 ImmutableList。

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("沉默王二");

ImmutableList<String> iList = ImmutableList.copyOf(list);

list.add("沉默王三");
list.add("沉默王四");

System.out.println(iList);

程序輸出的結(jié)果如下所示：

[沉默王二]

這是因為 ImmutableList 是在原有的 List 上進行了拷貝。