阿里P7面试官常问：不可变对象如何优化并发？



小米最近在帮一个朋友辅导 Java 社招面试，结果刚坐下来，朋友就皱着眉头抛出一个问题：

“什么是不可变对象？它对写并发应用有什么帮助？”

小米乐呵呵地喝了口咖啡，心想：“这个问题不难，但要讲清楚还是得花点功夫。”于是，小米决定用讲故事的方式，把这个话题拆解开来，让朋友听得轻松又明白。

在 Java 世界里，对象的状态千变万化，但也有一类对象，它们生来就被刻上了“不可变”的烙印。这类对象就是不可变对象（Immutable Objects）。

通俗来说，不可变对象就是——一旦创建，状态（即对象的数据/属性值）就不能再改变。反之，那些创建后可以修改状态的对象，则是可变对象（Mutable Objects）。

为了让朋友更好地理解，小米举了个生活中的例子：

“想象一下你在银行开了一张定期存单，你把 10 万块存进去后，这个金额就不能再改了，除非重新开一张新的存单。这张存单就是不可变对象。”

“而你的活期账户呢？存钱取钱随时变动，这就是可变对象。”

朋友点了点头，表示有点意思。

那么，如何定义一个不可变对象呢？

在 Java 中，官方库中已经提供了不少不可变类，比如：

String

Integer（以及其他基本类型的包装类，如 Long、Double、Boolean 等）

BigInteger

BigDecimal

为什么这些类是不可变的？其实是因为它们遵循了一些严格的规则：

定义不可变对象的三个条件

对象的状态在创建后不能再修改。（即，一旦赋值就不能变）

所有的字段都必须是 final 类型。（确保赋值后不会再被修改）

对象在创建期间，不能发生 this 引用逸出。（即，不能在构造函数中把 this 传给其他线程）

为了让朋友更直观地理解，小米写了个代码示例：

为什么 ImmutablePerson 是不可变的？

name 和 age 都是 final，一旦赋值，无法更改。

没有提供 setter 方法，避免外部修改字段。

ImmutablePerson 类声明为 final，防止子类篡改不可变性。

朋友听到这里，疑惑地问道：

“你讲了这么多，那它对并发编程到底有什么帮助？”

小米笑了笑，说：

“不可变对象对写并发应用最大的帮助，就是它能保证‘线程安全’，并且不需要额外的同步手段。”

1. 不可变对象天然线程安全

在多线程环境下，共享数据是个大问题。如果多个线程修改同一个对象，可能会导致数据不一致或线程安全问题。因此，我们通常需要加锁，比如 synchronized 或 ReentrantLock。

但是，如果使用的是不可变对象，情况就大不一样了：

因为不可变对象的状态一旦创建就不会改变，所以多个线程可以随意访问，而不必担心数据被篡改！

举个例子，我们来看下面的可变对象 MutableCounter：

如果多个线程同时调用 increment()，就可能会出现数据不一致的情况，比如两个线程同时读取 count = 5，然后各自加 1，最后 count 可能还是 6，而不是 7。

但是如果改成不可变对象，就不会有这个问题了：

这里的 increment() 方法不修改原对象，而是返回一个新的 ImmutableCounter 实例。

这样，每个线程拿到的 ImmutableCounter 都是独立的，不会发生数据竞争，自然就线程安全了。

2. 不可变对象保证了内存可见性

在 Java 并发编程中，一个经典的问题是内存可见性。如果一个对象被一个线程修改后，另一个线程可能无法立刻看到最新的变化。

但是，不可变对象的 final 字段保证了对象的初始化过程是安全的，多个线程访问时可以立即看到最新值，而不需要额外的同步手段。

Java 语言规范规定：

“在构造函数执行完毕后，final 变量的值对所有线程立即可见。”

所以，不可变对象的值不会被 CPU 缓存优化或者编译器重排序影响，从而保证了可见性问题。

朋友听到这里，已经明白了不可变对象的价值，但又问了个很实际的问题：

“在日常开发中，什么时候应该用不可变对象？”

小米给了几个建议：

如果对象是多个线程共享的，尽量使用不可变对象。例如：String、Integer 等。

如果对象需要频繁修改，可以使用 Copy-On-Write 方式代替同步。例如：ImmutableList、AtomicReference。

如果不可变对象太大，创建新对象的开销太高，可以考虑 ThreadLocal 或 volatile 变量。

小米总结了一下，不可变对象的核心点：

对象创建后状态不可修改，所有字段 final，防止 this 逃逸。

天然线程安全，多个线程可以共享，无需额外同步。

保证内存可见性，防止 CPU 缓存导致的数据不一致。

适用于多线程环境，提高并发性能。

朋友听完恍然大悟：

“怪不得 String 是不可变的，这样多线程拼接字符串时才不会有问题！”

小米哈哈一笑：“对嘛，你这不是会了吗？”

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