Java 不可变集合

Question

来自Java 1.6 Collection Framework documentation：

不支持任何修改操作的集合（例如add、remove 和clear）被称为不可修改。 [...] 额外保证 Collection 对象中没有任何变化的集合被称为不可变。

第二个标准让我有点困惑。鉴于第一个集合是不可修改的，并且假设原始集合引用已被丢弃，那么第二行中提到的更改是什么？它是指集合中元素的变化，即元素的状态吗？

第二个问题：
对于不可变的集合，如何提供指定的额外保证？如果集合中元素的状态由线程更新，那么状态中的这些更新在持有不可变集合的线程上不可见就足以实现不变性吗？

要使集合不可变，如何提供指定的额外保证？

Answer 1

在 Java 9 之前，Collections.unmodifiableXXX() 方法用于创建不可修改的集合。这些方法的行为类似于包装器方法，它们返回原始集合的不可修改视图或只读视图。即您不能通过这些包装方法返回的引用执行修改操作，如添加、删除、替换、清除等。但是，如果您有其他对原始集合的引用，则可以修改原始集合，这些修改将反映在这些方法返回的视图中。

例如，

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.List;
 
public class Java9ImmutableCollections 
{
    public static void main(String[] args) 
    {
        List<String> sportList = new ArrayList<String>();
         
        sportList.add("Hockey");
        sportList.add("Cricket");
        sportList.add("Tennis");
         
        List<String> unModifiableSportList = Collections.unmodifiableList(sportList);
 
        System.out.println(sportList);    //Output : [Hockey, Cricket, Tennis]
         
        System.out.println(unModifiableSportList);    //Output : [Hockey, Cricket, Tennis]
         
        unModifiableSportList.add("Wrestling");     //It gives run-time error
         
        sportList.add("Kabaddi");      //It gives no error and will be reflected in unModifiableSportList
         
        System.out.println(sportList);    //Output : [Hockey, Cricket, Tennis, Kabaddi]
         
        System.out.println(unModifiableSportList);    //Output : [Hockey, Cricket, Tennis, Kabaddi]
         
    }
}

从 Java 9 开始，引入了静态工厂方法来创建不可变集合。

1) Immutable List : List.of()
2) Immutable Set : Set.of()
3) Immutable Map : Map.of() or Map.ofEntries()

不可变与不可修改：

由 Collections.unmodifiableXXX() 包装方法返回的 Java 9 不可变集合和不可修改集合是不同的。不可修改的集合只是原始集合的只读视图。您可以对原始集合执行修改操作，这些修改将反映在这些方法返回的集合中。但是，Java 9 静态工厂方法返回的不可变集合是 100% 不可变的。它们一经创建就无法修改。

来源：https://javaconceptoftheday.com/java-9-immutable-collections/

Answer 2

现在 java 9 具有不可变 List、Set、Map 和 Map.Entry 的工厂方法。

在 Java SE 8 及更早的版本中，我们可以使用 Collections 类的实用方法，如 unmodifiableXXX 来创建不可变的 Collection 对象。

但是，这些 Collections.unmodifiableXXX 方法是非常乏味和冗长的方法。为了克服这些缺点，Oracle 公司在 List、Set 和 Map 接口中添加了几个实用方法。

现在在 java 9 中：- List 和 Set 接口具有“of()”方法来创建一个空的或非空的不可变 List 或 Set 对象，如下所示：

空列表示例

List immutableList = List.of();

非空列表示例

List immutableList = List.of("one","two","three");

Answer 3

Collection<String> c1 = new ArrayList<String>();
c1.add("foo");
Collection<String> c2 = Collections.unmodifiableList(c1);

c1 是可变（即既不不可修改也不不可变）。
c2不可修改 em>：它本身无法更改，但如果稍后我更改c1，那么那个更改将在c2 中可见。

这是因为c2 只是c1 的包装，而不是真正的独立副本。 Guava 提供了ImmutableList interface 和一些实现。它们通过实际创建输入的副本来工作（除非输入本身是不可变的集合）。

关于你的第二个问题：

集合的可变性/不变性不取决于其中包含的对象的可变性/不变性。对于此描述，修改集合中包含的对象不算作“对集合的修改”。当然，如果您需要一个不可变集合，通常也希望它包含不可变对象。

Answer 4

不可修改的集合通常是其他集合的只读视图（包装器）。您无法添加、删除或清除它们，但基础集合可以更改。

不可变集合根本无法更改 - 它们不包装另一个集合 - 它们有自己的元素。

这是来自 guava 的 ImmutableList 的引述

与Collections.unmodifiableList(java.util.List<? extends T>) 不同，Collections.unmodifiableList(java.util.List<? extends T>) 是一个仍然可以更改的单独集合的视图，ImmutableList 的实例包含自己的私有数据并且永远不会更改。

因此，基本上，为了从可变集合中获取不可变集合，您必须将其元素复制到新集合中，并禁止所有操作。

Answer 5

Pure4J 以两种方式支持您所追求的。

首先，它提供了一个@ImmutableValue注解，这样你就可以注解一个类，说它是不可变的。有一个 maven 插件可让您检查您的代码实际上是不可变的（使用 final 等）。

其次，它提供来自 Clojure 的持久性集合（添加了泛型）并确保添加到集合中的元素是不可变的。这些的表现显然相当不错。集合都是不可变的，但实现了 Java 集合接口（和泛型）以供检查。 Mutation 返回新的集合。

免责声明：我是这个的开发者

Answer 6

我相信这里的重点是，即使集合是不可修改的，也不能确保它不会改变。以一个集合为例，如果元素太旧，它会驱逐元素。不可修改只是意味着持有引用的对象不能改变它，而不是它不能改变。一个真实的例子是Collections.unmodifiableList 方法。它返回列表的不可修改视图。传递给此方法的 List 引用仍然是可修改的，因此该列表可以被传递的引用的任何持有者修改。这可能会导致 ConcurrentModificationExceptions 和其他不好的事情。

不可变，意味着集合绝对不能改变。

第二个问题：一个不可变集合并不意味着集合中包含的对象不会改变，只是该集合在它所拥有的对象的数量和组成上不会改变。换句话说，集合的引用列表不会改变。这并不意味着被引用对象的内部不能改变。

Answer 7

不同之处在于您不能引用允许更改的不可变集合。不可修改的集合通过该引用是不可修改的，但其他一些对象可能指向相同的数据，通过这些数据可以改变它。

例如

List<String> strings = new ArrayList<String>();
List<String> unmodifiable = Collections.unmodifiableList(strings);
unmodifiable.add("New string"); // will fail at runtime
strings.add("Aha!"); // will succeed
System.out.println(unmodifiable);