Java 实现不可变类（Immutable Class）

不可变类：对象一旦创建完成，所有成员状态不能再修改，String、Integer、BigDecimal 都是典型代表。核心思想：禁止外部修改 + 内部也不提供修改途径

✅ 实现 5 条核心规则（面试标准答法）

类使用 final 修饰防止被子类继承，子类重写方法破坏不可变性。
```
public final class User { ... }
```
所有成员变量私有化 private，并且 final 修饰
- private：外部无法直接访问
- final：赋值一次后引用不可重新指向别的对象
⚠️ 注意：final 只是引用不可变，如果成员是可变对象（ArrayList、Date、自定义对象），对象内部字段依然可以改！
不提供任何 setter 修改方法 没有任何方法可以修改成员。
构造器初始化所有字段，并且做【防御拷贝】（重点难点） 如果字段是可变引用类型，构造的时候不能直接赋值外部传入的引用，要拷贝一份。
getter 方法返回时，也要做防御拷贝 返回可变对象时，不能直接返回原引用，防止外部拿到引用修改内部数据。

📌 完整示例代码（区分基本类型 & 可变引用类型）

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.Date;
import java.util.List;

/**
 * 不可变类示例
 */
public final class Person {
    // 基本类型 / 不可变类型：直接final即可
    private final long id;
    private final String name;

    // 可变引用类型：Date、List，必须防御拷贝
    private final Date birthDay;
    private final List<String> tags;

    // 构造器：一次性初始化全部字段
    public Person(long id, String name, Date birthDay, List<String> tags) {
        this.id = id;
        this.name = name;

        // ✅ 防御拷贝：不要直接 this.birthDay = birthDay
        this.birthDay = birthDay == null ? null : new Date(birthDay.getTime());

        // ✅ List防御拷贝 + 包装为不可变集合
        if (tags == null) {
            this.tags = Collections.emptyList();
        } else {
            this.tags = Collections.unmodifiableList(new ArrayList<>(tags));
        }
    }

    // 只有getter，没有setter
    public long getId() {
        return id;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    // Date是可变对象，get的时候也要拷贝一份出去
    public Date getBirthDay() {
        return birthDay == null ? null : new Date(birthDay.getTime());
    }

    // 返回不可变List，外部无法add/remove
    public List<String> getTags() {
        return tags;
    }
}

错误反面示例（不做防御拷贝，不可变性被破坏）

// ❌ 危险写法
public Person(Date birthDay){
    this.birthDay = birthDay;
}
// 外部调用：
Date d = new Date();
Person p = new Person(d);
d.setTime(99999999); // 直接修改了Person内部的birthDay！

📎 补充：其他可选优化点

构造器私有 + 静态工厂方法（推荐） 可以不对外暴露构造函数，用 of() 创建实例，方便缓存、复用对象（类似 Integer.valueOf 缓存）

public final class Person {
    private Person(...) { ... }
    public static Person of(long id, String name, Date birthDay, List<String> tags){
        return new Person(id, name, birthDay, tags);
    }
}

重写 equals()、hashCode()、toString() 不可变对象非常适合作为 HashMap key，一定要正确重写。
序列化：如果实现 Serializable 需要保证反序列化不会创建可变实例，必要时重写 readResolve()。

🆚 容易踩坑总结

表格

坑点	说明
只加 `final` 在成员上	对可变引用无效，final 只是不能重新赋值引用，对象内部还能改
不防御拷贝	外部拿到同一个引用，修改内部状态
类不加 final	子类继承后重写方法，破坏不可变约定
返回原始集合（ArrayList）	外部 get 之后 add/remove 修改内部数据

✨ Java 新方案：Record（Java 16+）

Java 16 提供 record 语法，自动生成极简不可变载体类，默认：

类隐式 final
成员隐式 final
自动构造器、equals、hashCode、toString、getter

但是！record 不会自动对可变引用做防御拷贝！ 这是高频面试坑！

// Record 写法，适合纯数据载体
public record UserRecord(Long id, String name, Date birth) {}

⚠️ 上面这个 UserRecord 不是安全不可变类！因为 Date birth 是可变对象，构造直接复用引用，必须手动在紧凑构造器里防御拷贝：

public record UserRecord(Long id, String name, Date birth) {
    // 紧凑构造器
    public UserRecord {
        birth = birth == null ? null : new Date(birth.getTime());
    }
}

📌 和 String 不可变性关联

String 底层（Java9+）是 private final byte[] value； String 符合不可变类规范：类 final、无 setter、修改操作（substring /replace）都是返回新对象，不修改自身。

本文原创作者：易君召，详见：https://www.yijunzhao.cc/about，转载请注明出处。

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