不可变类应该是最终的吗？

Question

本文中指出：

将一个类设为 Final 因为它是不可变的，这是这样做的一个很好的理由。

我对此有点困惑……从线程安全性和简单性的角度来看，我知道不变性是一件好事，但这些问题似乎与可扩展性有些正交。 那么，为什么不变性是使类最终化的一个很好的理由呢？

Answer 1

一书中给出

对此的解释在《Effective Java》 《考虑 Java 中的 BigDecimal 和 BigInteger 类》

。 人们并没有广泛理解不可变类必须是有效的最终类
当编写 BigInteger 和 BigDecimal 时，因此它们的所有方法都可能是
被覆盖。 不幸的是，在保留向后兼容性的同时，无法在事后纠正这一问题。

如果您编写的类的安全性取决于来自不受信任的客户端的 BigInteger 或 BigDecimal 参数的不变性，则必须检查该参数是否是“真正的”BigInteger 或 BigDecimal，而不是不受信任的子类。 如果是后者，您必须在假设它可能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;
}

如果您允许子类化，则可能会破坏不可变对象的“纯度”。

Answer 2

因为如果该类是最终类，您就无法扩展它并使其可变。

即使您将字段设置为最终字段，也仅意味着您无法重新分配引用，并不意味着您无法更改所引用的对象。

我没有看到在设计中大量使用也应该扩展的不可变类，因此 Final 有助于保持不变性完整。

Answer 3

遵循里氏替换原则，子类可以扩展但永远不会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契约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字段，例如，如果基类包含对数组的引用，则数组中的元素不能声明为最终的。 显然，方法的语义也可以通过重写来改变。

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

Answer 4

我认为主要是安全。 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内容都必须是最终的。

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();
}

以下是他们在 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，因为您没有将 MyUrlClass 设置为最终的。 他们不能这样做的原因是，如果他们这样做了，代码只需覆盖 getDomain() 以在第一次调用时返回“www.google.com”和“www.evilhackers.org”即可避免安全管理器限制第二个，并将其类的对象传递给 DoRequest()。

顺便说一句，我对邪恶黑客组织没有任何反对意见，如果它真的存在的话……

在没有安全问题的情况下，这一切都是为了避免编程错误，当然这取决于你如何做到这一点。 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，可以在父类的任何地方使用）需要类）。

我不认为您引用的文章应该被视为“所有不可变类必须是最终的”的指令，特别是如果您有积极的理由来设计用于继承的不可变类。 它所说的是，保护不变性是 Final 的一个有效理由，而想象中的性能问题（这是它当时真正讨论的内容）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，未能考虑到复杂类中的继承是应该避免的，就像未能考虑到不可变类中的继承一样。 但如果你无法解释它，你至少可以通过阻止它来表明这一事实。

Answer 5

那么，为什么不变性是使类成为最终类的一个很好的理由？

如 oracle 文档 使类不可变基本上有 4 个步骤。

因此，其中一点是

要使类不可变，类应该标记为final或具有私有构造函数

下面是使类不可变的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且私有。

3. 不允许子类重写方法。 最简单的方法是将类声明为final。 更复杂的方法是使构造函数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，则不允许更改这些对象：

   • 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。 切勿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，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。

Answer 6

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，它不必返回新的 Integer 实例。 它可以安全地返回先前创建的实例，因为它知道上次它向您传递对该实例的引用时您没有修改它（我想从安全原因的角度来看这也是很好的推理）。

我同意《Effective Java》在这些问题上所采取的观点——您应该设计您的类以实现可扩展性，或者使它们不可扩展。 如果您打算使某些东西可扩展，也许可以考虑接口或抽象类。

此外，您不必将课程定为期末考试。 您可以将构造函数设为私有。