可变对象与不可变对象

Question

我试图弄清楚可变对象与不可变对象之间的关系。使用可变对象会带来很多负面影响(例如，从方法中返回字符串数组)，但我很难理解这有什么负面影响。使用可变对象的最佳实践是什么？你应该尽可能避免使用它们吗？

Answer 1

好吧，这有几个方面。

没有引用标识的

1. 可变对象可能会在奇怪的时候导致错误。例如，考虑一个具有基于值的equals方法的Person bean：

Map映射= ...Person p=新的Person()；map.put(p，“你好！”)；p.setName("Daniel")；map.get(p)；// =>空

当用作键时，Person实例会在映射中“丢失”，因为它的hashCode和相等是基于可变值的。这些值在映射之外发生了更改，所有的散列都变得过时了。理论家喜欢反复强调这一点，但在实践中，我并没有发现这是一个太大的问题。

• 另一个方面是代码的逻辑“合理性”。这是一个很难定义的术语，涵盖了从可读性到流畅性的所有内容。一般来说，您应该能够查看一段代码并很容易地理解它的作用。但更重要的是，您应该能够说服自己，它所做的事情是正确的。当对象可以跨不同的代码“域”独立更改时，有时很难跟踪什么是在哪里以及为什么("spooky action at a distance")。这是一个更难举例说明的概念，但在更大、更复杂的architectures.

• Finally，中经常会遇到这种情况。在并发情况下，可变对象是杀手级对象。无论何时从不同的线程访问可变对象，都必须处理锁定问题。这会降低吞吐量，并显著增加代码的维护难度。一个足够复杂的系统会让这个问题变得不成比例，以至于几乎不可能进行维护(即使对于并发专家来说也是如此)。

不可变对象(更具体地说，不可变集合)可以避免所有这些问题。一旦你了解了它们是如何工作的，你的代码就会发展成更容易阅读、更容易维护、更不可能以奇怪和不可预测的方式失败的东西。不可变对象更容易测试，这不仅是因为它们易于模拟，而且还因为它们倾向于强制执行代码模式。简而言之，它们都是很好的实践！

话虽如此，我在这件事上算不上什么狂热分子。当所有东西都是不可变的时候，有些问题就不能很好地建模。但我确实认为，你应该尽可能多地将你的代码推向这个方向，当然，假设你使用的是一种使这一观点站得住脚的语言(C/C++使这一点变得非常困难，Java也是如此)。简而言之:优点在一定程度上取决于你的问题，但我倾向于不变。

Answer 2

不可变对象与不可变集合

在关于可变对象与不可变对象的争论中，一个更好的观点是将不可变性的概念扩展到集合的可能性。不可变对象是通常表示单个数据逻辑结构(例如，不可变字符串)的对象。当引用不可变对象时，该对象的内容将不会更改。

不可变集合是一个永远不变的集合。

当我在一个可变集合上执行操作时，我就地更改了该集合，所有引用了该集合的实体都将看到该更改。

当我在一个不可变的集合上执行一个操作时，一个引用被返回到一个反映这个变化的新集合。引用集合以前版本的所有实体都看不到更改。

聪明的实现不一定需要复制(克隆)整个集合来提供这种不变性。最简单的例子是实现为单链表的堆栈和推送/弹出操作。您可以在新集合中重用前一个集合中的所有节点，只为推送添加单个节点，而不为pop克隆任何节点。另一方面，单链表上的push_tail操作就不那么简单或高效了。

不可变变量与可变变量/引用

一些函数式语言采用对象引用本身的不可变性概念，只允许一个引用赋值。

在Erlang中，

• 对于所有的“变量”都是如此。我只能将对象分配给一个引用一次。如果我要对一个集合进行操作，我将无法将新集合重新分配给旧引用(变量名)。
• Scala语言中也内置了这一点，所有引用都是用var或val声明的，它们只是单一赋值，并促进了一种函数式风格，但vars允许更像C语言或Java语言的程序结构。
• 声明var/val是必需的，而许多传统语言使用可选修饰符，如java中的final和C中的const。

开发的简易性与性能

使用不可变对象的原因几乎总是为了促进副作用、自由编程和对代码的简单推理(特别是在高度并发/并行的环境中)。如果对象是不可变的，您不必担心底层数据会被另一个实体更改。

主要的缺点是性能。这是一篇关于a simple test I did in Java的文章，比较了玩具问题中的一些不可变对象和可变对象。

性能问题在许多应用程序中是没有意义的，但不是全部，这就是为什么许多大型数值包，如Python中的Numpy Array类，允许对大型数组进行就地更新。这对于使用大型矩阵和向量运算的应用程序领域非常重要。这种大数据并行和计算密集型问题通过就地操作实现了极大的加速。

Answer 3

不可变对象是一个非常强大的概念。它们消除了试图为所有客户端保持对象/变量一致性的许多负担。

您可以将它们用于低级的非多态对象-比如CPoint类-这些对象主要与值语义一起使用。

或者，您可以将它们用于高级的、多态的接口--比如表示数学函数的IFunction --专门用于对象语义。

最大的优点:不变性+对象语义+智能指针使对象所有权不再是问题，默认情况下，对象的所有客户端都有自己的私有副本。隐含地，这也意味着并发存在时的确定性行为。

缺点:当使用包含大量数据的对象时，内存消耗可能成为一个问题。一个解决方案可能是保持对对象的操作符号化，并进行惰性评估。但是，这可能会导致符号计算链，如果界面未设计为支持符号操作，则可能会对性能产生负面影响。在这种情况下，一定要避免的是从方法返回大量内存。与链式符号操作相结合，这可能会导致大量内存消耗和性能下降。

因此，不可变对象绝对是我思考面向对象设计的主要方式，但它们不是教条。它们为对象的客户端解决了许多问题，但也创建了许多问题，特别是对于实现者。