Java不可变集合详解

什么是不可变集合

不可变集合，英文叫 immutable

顾名思义就是说集合是不可被修改的。集合的数据项是在创建的时候提供，并且在整个生命周期中都不可改变。

为什么要使用不可变集合

不可变对象有很多优点，包括：

• 当对象被不可信的库调用时，不可变形式是安全的
• 不可变对象被多个线程调用时，不存在竞态条件问题
• 不可变集合不需要考虑变化，因此可以节省时间和空间。所有不可变的集合都比它们的可变形式有更好的内存利用率（分析和测试细节）
• 不可变对象因为有固定不变，可以作为常量来安全使用

创建对象的不可变拷贝是一项很好的防御性编程技巧。Guava为所有JDK标准集合类型和Guava新集合类型都提供了简单易用的不可变版本。

Java 9 版本以前， Collections提供了一组方法把可变集合封装成不可变集合，假如要创建一个包含 几个元素的 Set 集合，程序需要先创建 Set 集合，然后调用 几次 add() 方法向 Set 集合中添加元素。例如：

List list = new ArrayList();
  list.add("a");
  list.add("b");
  list.add("c");
  
  List unmodifiableList = Collections.unmodifiableList(list);
  list.add("d");
  System.out.println(unmodifiableList);

输出的结果： [a,b,c,d] 

得出结论：Collections.unmodifiableList 实现的不是真正的不可变集合，当原始集合修改后，不可变集合也发生变化。

• 笨重而且累赘：不能舒适地用在所有想做防御性拷贝的场景；
• 不安全：要保证没人通过原集合的引用进行修改，返回的集合才是事实上不可变的；
• 低效：包装过的集合仍然保有可变集合的开销，比如并发修改的检查、散列表的额外空间，等等。

如果你没有修改某个集合的需求，或者希望某个集合保持不变时，把它防御性地拷贝到不可变集合是个很好的实践。

但是Java 9 出了些新的生成不可变集合的方法，程序直接调用 Set、List、Map 的 of() 方法即可创建包含 N 个元素的不可变集合，这样一行代码就可创建包含 N 个元素的集合。

不可变意味着程序不能向集合中添加元素，也不能从集合中删除元素。

如下程序示范了如何创建不可变集合。

public class Java9Collection {
public static void main(String[] args) {
// 创建包含4个元素的Set集合
Set set = Set.of("Java", "Kotlin", "Go", "Swift");
System.out.println(set);
// 不可变集合，下面代码导致运行时错误
// set.add("Ruby");
// 创建包含4个元素的List集合

List list = List.of(34, -25, 67, 231);
System.out.println(list);
// 不可变集合，下面代码导致运行时错误
// list.remove(1);
// 创建包含3个key-value对的Map集合

Map map = Map.of("语文", 89, "数学", 82, "英语", 92);
System.out.println(map);
// 不可变集合，下面代码导致运行时错误
// map.remove("语文");
// 使用Map.entry()方法显式构建key-value对

Map map2 = Map.ofEntries(Map.entry("语文", 89), Map.entry("数学", 82), Map.entry("英语", 92));
System.out.println(map2);
 }
}

从上面代码可以看出 Set、List 比较简单，程序只要为它们的 of() 方法传入 N 个集合元素即可创建 Set、List 集合。

创建不可变的 Map 集合有两个方法。使用 of() 方法时只要依次传入多个 key-value 对即可；还可使用 ofEntries() 方法，该方法可接受多个 Entry 对象，因此程序显式使用 Map.entry() 方法来创建 Map.Entry 对象。