不可变类应该是最终的？

Question

它在this article 中说：

因为它是不可变的而将类设为 final 是一个很好的理由。

对此我有点困惑...我知道从线程安全性和简单性的观点来看，不变性是一件好事，但似乎这些问题与可扩展性有些正交。那么，为什么不可变性是使类成为 final 的一个很好的理由呢？

Answer 1

《Effective Java》一书中对此进行了解释

考虑 Java 中的 BigDecimal 和 BigInteger 类。

不可变类必须是有效的最终类并没有被广泛理解 当BigInteger 和BigDecimal 被编写时，所以他们所有的方法都可能是 被覆盖。不幸的是，在保持向后兼容性的同时，这无法在事后更正。

如果您编写的类的安全性取决于来自不受信任客户端的 BigInteger 或 BigDecimal 参数的不变性，则必须检查该参数是否是“真实的”BigInteger 或 BigDecimal，而不是不受信任的子类的实例。如果是后者，您必须在假设它可能是可变的情况下防御性地复制它。

   public static BigInteger safeInstance(BigInteger val) {

   if (val.getClass() != BigInteger.class)

    return new BigInteger(val.toByteArray());


       return val;

   }

如果你允许子类化，它可能会破坏不可变对象的“纯度”。

Answer 2

遵循 Liskov 替换原则，子类可以扩展但不能重新定义其父类的契约。如果基类是不可变的，那么很难找到可以在不违反约定的情况下有效扩展其功能的示例。

请注意，原则上可以扩展不可变类并更改基本字段，例如如果基类包含对数组的引用，则不能将数组中的元素声明为 final。显然，方法的语义也可以通过覆盖来改变。

我想你可以将所有字段声明为私有，将所有方法声明为 final，但是继承又有什么用呢？

Answer 3

因为如果类是最终的，你就不能扩展它并使其可变。

即使您将字段设置为最终字段，这仅意味着您不能重新分配引用，并不意味着您不能更改引用的对象。

我认为在设计中应该扩展不可变类的用途并不多，因此 final 有助于保持不变性不变。

Answer 4

我认为主要是安全性。出于同样的原因，String 是最终的，任何与安全相关的代码想要视为不可变的任何东西都必须是最终的。

假设您有一个定义为不可变的类，将其命名为 MyUrlClass，但您没有将其标记为 final。

现在，有人可能会想编写这样的安全管理器代码；

void checkUrl(MyUrlClass testurl) throws SecurityException {
    if (illegalDomains.contains(testurl.getDomain())) throw new SecurityException();
}

这是他们在 DoRequest(MyUrlClass url) 方法中放入的内容：

securitymanager.checkUrl(urltoconnect);
Socket sckt = opensocket(urltoconnect);
sendrequest(sckt);
getresponse(sckt);

但他们不能这样做，因为你没有使 MyUrlClass 成为最终的。他们不能这样做的原因是，如果他们这样做了，代码可以通过覆盖 getDomain() 在第一次调用时返回“www.google.com”和“www.evilhackers.org”来避免安全管理器的限制第二个，并将他们类的一个对象传递给 DoRequest()。

顺便说一句，如果 evilhackers.org 存在的话，我没有任何反对意见......

在没有安全问题的情况下，一切都是为了避免编程错误，当然这取决于您如何做到这一点。子类必须遵守父类的契约，而不变性只是契约的一部分。但是，如果一个类的实例应该是不可变的，那么将其设为 final 是确保它们确实都是不可变的一种好方法（即，不存在子类的可变实例，它可以在父类的任何地方使用类被调用）。

我认为您引用的文章不应被视为“所有不可变类都必须是最终的”的说明，尤其是如果您有充分的理由设计不可变类以进行继承。它的意思是保护不变性是 final 的一个正当理由，其中想象中的性能问题（这是它当时真正谈论的）是无效的。请注意，它给出了“一个不是为继承而设计的复杂类”作为同样有效的理由。可以公平地说，不考虑复杂类中的继承是应该避免的，就像不考虑不可变类中的继承一样。但如果你不能解释它，你至少可以通过阻止它来表明这个事实。

Answer 5

出于性能原因，使类不可变也是一个好主意。以 Integer.valueOf 为例。当您调用此静态方法时，它不必返回一个新的 Integer 实例。它可以安全地返回一个先前创建的实例，因为它知道当它向您传递一个对您上次没有修改它的实例的引用时（我想从安全原因的角度来看这也是一个很好的推理）。

我同意《Effective Java》中关于这些问题的观点——您应该设计您的类以实现可扩展性或使它们不可扩展。如果您打算使某些东西可扩展，则可以考虑使用接口或抽象类。

此外，您不必将课程定为最终课程。您可以将构造函数设为私有。

Answer 6

那么，为什么不可变性是使类成为 final 的一个很好的理由？

正如oracle docs 中所述，基本上有 4 个步骤可以使类不可变。

所以其中一个观点是

要使类不可变，应将类标记为 final 或具有私有构造函数

以下是使类不可变的 4 个步骤（直接来自 oracle 文档）

1. 不要提供“setter”方法——修改字段或字段引用的对象的方法。

2. 将所有字段设为最终字段和私有字段。

3. 不允许子类覆盖方法。最简单的方法是将类声明为 final。更复杂的方法是将构造函数设为私有并在工厂方法中构造实例。

4. 如果实例字段包含对可变对象的引用，请不要更改这些对象：

   • 不要提供修改可变对象的方法。
   • 不要共享对可变对象的引用。永远不要存储对传递给构造函数的外部可变对象的引用；如有必要，创建副本并存储对副本的引用。同样，在必要时创建内部可变对象的副本，以避免在方法中返回原始对象。