给我半首歌的时间,给你说明白Immutable List

2020/07/27

先看再点赞,给自己一点思考的时间,微信搜索【沉默王二】关注这个靠才华苟且的程序员。 本文 GitHub github.com/itwanger 已收录,里面还有一线大厂整理的面试题,以及我的系列文章。

Immutable List,顾名思义,就是,啥,不明白 Immutable 是什么意思?一成不变的意思,所以 Immutable List 就是一个不可变的 List 类,这意味着该 List 声明后,它的内容就是固定的,不可增删改的。

如果对不可变类比较陌生的话,可以先点击下面的链接查看我之前写的另外一篇文章。

这次要说不明白immutable类,我就怎么地

如果尝试对 List 中的元素进行增加、删除或者更新,就会抛出 UnsupportedOperationException 异常。

另外,Immutable List 中的元素是非 null 的,如果使用 null 来创建 Immutable List,则会抛出 NullPointerException;如果尝试在 Immutable List 中添加 null 元素,则会抛出 UnsupportedOperationException。

那 Immutable List 有什么好处呢?

  • 它是线程安全的;
  • 它是高效的;
  • 因为它是不可变的,就可以像 String 一样传递给第三方类库,不会发生任何安全问题。

那接下来,我们来看一下,如何创建 Immutable List。注意,源码是基于 JDK14 的。

01、借助原生 JDK

Collections 类的 unmodifiableList() 方法可以创建一个类似于 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));
}

来看一下使用方法:

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);

我们尝试往 unmodifiableList 中添加元素“沉默王五”:

unmodifiableList.add("沉默王五");

运行后会抛出 UnsupportedOperationException 异常:

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 的时候,List 类新增了一个 of() 静态工厂方法,可以用来创建不可变的 List。先来看一下源码:

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

of() 方法有很多变体,比如说:

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);
}

该方法的设计者也挺有意思的,of() 方法的参数,从 0 到 10 都有一个相同签名的重载方法。

甚至当参数是可变的时候,使用 switch 语句对参数的个数进行了判断,然后调用不同的重载方法:

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 还是 ImmutableCollections.ListN,它们都是 final 的,并且继承了 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,来看一下使用方法吧:

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 的内部类 ListN 或者 List12 同样不可修改,使用 add() 方法添加元素同样会在运行时抛出异常:

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 项目广泛依赖的核心库,例如:集合 [collections] 、缓存 [caching] 、原生类型支持 [primitives support] 、并发库 [concurrency libraries] 、通用注解 [common annotations] 、字符串处理 [string processing] 、I/O 等等。 所有这些工具每天都在被 Google 的工程师应用在产品服务中。

在实际的项目实战当中,Guava 类库的使用频率真的蛮高的,因此我们需要在项目中先引入 Guava 的 Maven 依赖。

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

Guava 定了一个 ImmutableList 类,它的声明方式如下所示:

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

它的类结构关系如下所示:

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

ImmutableList 类的 copyOf() 方法可用于创建一个不可变的 List 对象:

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 同样不允许添加元素,add() 方法在执行的时候会抛出 UnsupportedOperationException 异常:

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 类的 of() 方法和 Java 9 的 of() 方法类似,同样有很多相同签名的重载方法,使用方法也完全类似:

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

ImmutableList 类还提供了 builder 模式,既可以在创建的时候添加元素,也可以基于已有的 List 创建,还可以将两者混合在一起。

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 有什么区别?

Collections.unmodifiableList() 基于原有的 List 创建了一个不可变的包装器,该包装器是不可修改的,但是,我们可以通过对原有的 List 进行修改,从而影响到包装器,来看下面的示例:

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);

程序输出的结果如下所示:

[沉默王二, 沉默王三, 沉默王四]

但如果我们通过 ImmutableList 类创建一个不可变 List,原有 List 的改变并不会影响到 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);

程序输出的结果如下所示:

[沉默王二]

这是因为 ImmutableList 是在原有的 List 上进行了拷贝。


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