在Java中，对象的可变性与不可变性描述的是对象创建之后，其内部状态是否可以被修改。理解这两个概念对于编写安全、高效的Java代码至关重要，尤其是在多线程编程场景中，不可变对象往往能避免很多并发问题。
什么是对象的可变性
可变对象指的是对象创建完成之后，其内部的属性值或者状态可以被修改。也就是说，我们可以调用对象的方法，改变对象内部存储的数据，而对象本身的引用地址不会发生变化。
比如我们常见的ArrayList就是典型的可变对象，我们可以向集合中添加、删除元素，修改之后集合对象还是原来的那个对象，只是内部存储的元素发生了变化。
下面是一个简单的可变对象示例：
// 定义一个可变的学生类
class MutableStudent {
private String name;
private int age;
public MutableStudent(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
// 提供修改属性的方法
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
// 获取属性的方法
public String getName() {
return name;
}
public int getAge() {
return age;
}
}
public class MutableDemo {
public static void main(String[] args) {
MutableStudent student = new MutableStudent("张三", 18);
System.out.println("修改前年龄：" + student.getAge());
// 调用修改方法改变对象状态
student.setAge(20);
System.out.println("修改后年龄：" + student.getAge());
}
}
什么是对象的不可变性
不可变对象指的是对象一旦被创建，其内部状态就永远无法被修改。任何对不可变对象的修改操作，都会返回一个新的对象，原来的对象本身不会发生变化。
Java中的String类就是最典型的不可变类，当我们对字符串进行拼接、替换等操作时，都会生成一个新的字符串对象，原来的字符串内容不会改变。
要设计一个不可变类，需要遵循以下几个核心规则：
- 类本身用
final修饰，避免被继承后修改行为 - 所有成员变量用
private final修饰，保证变量只能在构造方法中初始化，之后无法修改 - 不提供任何可以修改成员变量的setter方法
- 如果成员变量是引用类型，需要确保引用指向的对象也不会被修改，或者返回对象的拷贝
下面是一个自定义不可变类的示例：
// 定义不可变的学生类
final class ImmutableStudent {
private final String name;
private final int age;
public ImmutableStudent(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
// 只提供getter方法，不提供setter
public String getName() {
return name;
}
public int getAge() {
return age;
}
}
public class ImmutableDemo {
public static void main(String[] args) {
ImmutableStudent student = new ImmutableStudent("李四", 19);
System.out.println("学生年龄：" + student.getAge());
// 没有修改年龄的方法，无法修改对象状态
// student.setAge(21); 这行代码会编译报错
}
}
可变对象与不可变对象的核心差异
我们可以从以下几个维度对比两者的不同：
| 对比维度 | 可变对象 | 不可变对象 |
|---|---|---|
| 状态修改 | 创建后可修改内部状态 | 创建后内部状态不可修改 |
| 修改操作返回值 | 通常返回void，直接修改原对象 | 通常返回新的对象，原对象不变 |
| 线程安全 | 非线程安全，多线程修改需要加锁 | 天然线程安全，多线程下无需额外同步 |
| 适用场景 | 需要频繁修改内部状态的场景 | 需要保证状态稳定、多线程共享的场景 |
常见不可变类的注意事项
Java中除了String，还有很多不可变类，比如Integer、Long等包装类，以及LocalDate、LocalDateTime等时间类。使用这些类的时候需要注意，不要误以为可以修改它们的状态。
比如下面的String操作示例：
public class StringDemo {
public static void main(String[] args) {
String str = "hello";
System.out.println("原字符串：" + str);
// 拼接操作会返回新的字符串对象
String newStr = str + " world";
System.out.println("拼接后的原字符串：" + str);
System.out.println("新的字符串：" + newStr);
}
}
运行之后会发现，原字符串str的内容还是hello，拼接操作生成的是一个新的字符串对象newStr。
实际开发中的选择建议
在实际开发中，我们需要根据场景选择使用可变对象还是不可变对象：
- 如果对象需要被多个线程共享，且状态不需要频繁修改，优先选择不可变对象，可以避免并发修改带来的问题，减少同步代码的使用
- 如果对象需要频繁修改内部状态，比如需要多次添加元素的集合，使用可变对象会更高效，避免频繁创建新对象带来的性能开销
- 如果作为方法的参数或者返回值，不可变对象更安全，因为不用担心外部修改对象内部状态导致逻辑异常
需要注意的是，不可变对象虽然线程安全，但频繁创建新对象也会带来一定的内存开销，所以在需要大量修改状态的场景下，要权衡安全性和性能，选择合适的对象类型。