Java 中的不可变列表

在 Java 中，不可变列表（Immutable List）是指一旦创建就无法修改的列表。尝试在创建后添加、删除或修改列表中的元素都会抛出异常。

使用不可变列表的主要好处在于它们提供了线程安全性，并使代码更加健壮。由于列表在创建后无法修改，因此不存在多个线程同时尝试修改它而导致问题的风险。此外，不可变列表可以轻松地在程序的各个部分共享，而无需担心被意外修改。

总的来说，在 Java 中使用不可变列表可以提高程序的安全性和健壮性，尤其是在共享数据结构可能导致问题的多线程环境中。

类声明

在 Java 中，ImmutableList 类是 Guava 库的一部分，该库提供了多种不可变集合类。要使用 ImmutableList，我们首先需要导入包含 ImmutableList 类的 com.google.common.collect 包。

ImmutableList 类的声明如下：

ImmutableList 继承自 ImmutableCollection 类，并实现了 List 接口。它是一个泛型类，这意味着我们可以创建任何数据类型的 ImmutableList。声明中的 E 代表类型参数，我们可以将其替换为任何类或接口名称。

类层次结构

ImmutableList 类实现了 List 接口，并表示一个创建后无法修改的列表。

ImmutableList 的类层次结构如下：

在这里，ImmutableCollection 是一个抽象类，它提供了 ImmutableCollection 接口的骨架实现，ImmutableList 继承自该接口。

总而言之，ImmutableList 类提供了一种方便高效的方式来创建和使用 Java 中的不可变列表。

创建 ImmutableList

在 Java 中，创建 ImmutableList 有多种方法，具体取决于您使用的 Java 版本和可用的库。以下是一些示例：

1. 使用 Java 9 的 of() 方法

Java 9 在 List 接口中引入了一个名为 of() 的新方法，该方法可以更简洁、更易读地创建不可变列表。of() 方法是一个工厂方法，它接受可变数量的参数，并返回一个包含这些元素的不可变列表。它可以与任何实现 List 接口的类一起使用，包括 ArrayList、LinkedList 和 ImmutableList。使用 of() 方法的一个优点是它更加简洁，并通过对参数执行类型推断来提供编译时安全性，确保只将正确类型的对象添加到 List 中。总而言之，of() 方法简化了 Java 中不可变列表的创建。

查找解决方案的步骤如下所示：

1. 从 Java.util 包导入 List 类：这允许程序使用 List 接口来创建和操作对象列表。
2. 使用 Java 9 工厂方法创建不可变列表：代码使用 List.of() 方法创建了一个包含四个元素的字符串不可变列表。
3. 尝试修改列表：程序尝试使用 add() 方法向不可变列表添加元素，这是不允许在不可变列表上执行的。因此，程序会捕获 add() 方法抛出的 UnsupportedOperationException，并打印一条消息，表明列表无法修改。

文件名： ImmutableListExample.java

输出

Fruits: [apple, banana, orange, grape]
Cannot modify immutable List.

2. 使用 Guava 库中的 ImmutableList.Builder 类

以流畅的风格向 List 添加元素，方便逐步创建列表。

无论使用哪种方法，都可以像访问其他列表一样访问和迭代生成的 ImmutableList，但其内容无法修改。

以下是给定代码的逐步解决方案：

1. 导入所需的类：从 com.google.common.collect 包导入 List 接口和 ImmutableList 类。
2. 使用构建器创建不可变列表：使用 ImmutableList 构建器创建不可变列表。使用 add() 方法向 List 添加元素，然后调用 build() 方法创建不可变列表。
3. 从现有列表创建不可变列表：创建一个包含所需元素的 List 对象。然后调用 ImmutableList.copyOf() 方法，将 List 作为参数传递，以创建不可变列表。
4. 添加更多元素：使用 ImmutableList 构建器通过 addAll() 方法添加更多元素，然后调用 build() 方法创建不可变列表。
5. 打印列表：使用 System.out.println() 方法打印不可变列表的内容。

实施

文件名： ImmutableListExample.java

输出

Immutable List 1: [Welcome, to, home]
Immutable List 2: [Welcome, to, home, Think]
Immutable List 3: [Welcome, to, home, Think, Big]

3. 通过使用 ImmutableList 类的 of() 方法

Guava 库中的 ImmutableList 类的 of() 方法允许您创建一个具有固定元素数量的不可变列表。一旦列表创建完成，您就无法添加、删除或修改其元素。

文件名： ImmutableListExample.java

输出

Fruits: [apple, banana, orange, grape]

4. 通过使用 copyOf() 方法

在 Java 中，copyOf() 方法会创建一个新数组，该数组会复制一个现有数组并指定新数组的长度。该方法接受两个参数：要复制的数组和新数组的长度。

文件名： ImmutableListExample.java

输出

Immutable List 1: [Java, Python, C++]
Immutable List 2: [Learning, Web, Development, is, Fun]

5. UnsupportedOperationException

该程序演示了如何使用 Collections.unmodifiableList 方法在 Java 中创建不可变列表。此外，它还展示了如何处理尝试修改列表时抛出的 UnsupportedOperationException。

查找解决方案的步骤如下所示：

1. 首先，我们使用 of 方法创建一个包含一些初始元素的、可变的 ArrayList，该方法返回一个不可变列表。然后，我们将此 ArrayList 传递给 Collections.unmodifiableList 方法，该方法返回该列表的不可修改视图。
2. 我们尝试使用 add、remove 和 set 方法修改不可变列表。由于列表是不可变的，尝试修改它将抛出 UnsupportedOperationException。
3. 我们捕获抛出的 UnsupportedOperationException，并在控制台打印一条消息，指示尝试了哪个操作并且该操作不成功。

请注意，Collections.unmodifiableList 方法仅创建原始列表的不可修改视图。如果原始列表被修改，不可修改视图将反映这些更改。要创建一个真正不可修改且无法通过任何方式修改的列表，您可以使用 List 接口的自定义实现，该实现会在尝试修改列表时抛出异常。

实施

文件名： ImmutableListExample.java

输出

UnsupportedOperationException: null
UnsupportedOperationException: null
UnsupportedOperationException: null

6. Collections.unmodifiableList()

Collections.unmodifiableList() 是 Java 集合框架中的一个方法，它创建现有列表的不可修改视图。可以推断，尝试修改不可修改的列表将导致发生 UnsupportedOperationException。原始列表仍然可以被修改，并且任何更改都将反映在不可修改的列表中。

该程序展示了如何使用 Collections.unmodifiableList() 方法生成可变列表的不可修改表示。

查找解决方案的步骤如下所示：

1. 创建一个可变的列表 mutableList，并使用 ArrayList 的 add() 方法向其中添加一些元素。
2. 使用 unmodifiableList() 方法创建 mutableList 的不可修改视图，并将其赋值给变量 unmodifiableList。
3. 尝试使用 add() 方法修改不可变的列表 unmodifiableList。由于不可变列表是只读的，这将抛出 UnsupportedOperationException。捕获此异常后，会在控制台打印一条消息。
4. 通过使用 add() 方法向原始可变列表 mutableList 添加另一个元素来修改它。
5. 将可变列表和不可变列表都打印到控制台，以显示不可变列表反映了对原始可变列表所做的更改。

文件名： UnmodifiableListExample.java

输出

Attempt to modify unmodifiableList failed: null
mutableList: [apple, banana, orange, pear]
unmodifiableList: [apple, banana, orange, pear]

ImmutableList 的优点

ImmutableList 具有多种优点，包括：

1. 线程安全性：由于 ImmutableList 是不可变的，因此它天然就是线程安全的。多个线程可以访问同一个列表，而不会有任何线程干扰或内存不一致的风险。
2. 安全性：不可变列表不易受到安全漏洞的攻击。例如，如果攻击者尝试通过添加或删除元素来修改列表，他们将无法做到，因为列表是不可变的。
3. 性能：由于不可变列表是只读的，因此可以对其进行缓存以提高性能。如果一个列表需要被多次访问，使用不可变列表而不是每次都创建一个新列表可以帮助避免开销。
4. 可预测性：由于不可变列表不能被修改，因此它们的行为是可预测的。使用不可变列表的一些好处是消除了对防御性编程的需求，并使代码更容易理解。
5. 简化编码：不可变列表通过消除对同步、防御性复制和易出错的手动内存管理的需要，简化了编码。这种方法的结果是代码更容易维护，外观也更整洁。
6. 便于测试：由于不可变列表的内容不会改变，因此它们更容易测试。这种方法使得编写涵盖所有可能场景和边缘情况的测试更加容易。