Java不可变性的背后原理

Question

Java不可变性的背后原理

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所以，我是Java的新手，正在努力理解不可变对象是如何实现的，以及为什么它们看起来仍然是可变的。我查看了很多资料，似乎都在“暗示”发生了什么，但我只想澄清一下是否我走在了正确的道路上。

使用以下简单的示例：

import java.math.*;

class BIMutability {

   public static void main(String args[]) {

      BigInteger biValue = new BigInteger("2");

      for (int i=1; i<10; i++) {
         System.out.println(i + ". biValue = " + biValue);
         biValue = biValue.multiply(biValue);
      }
   }
}

当运行时，会产生以下结果：

1. biValue = 2
2. biValue = 4
3. biValue = 16
4. biValue = 256
5. biValue = 65536
6. biValue = 4294967296
7. biValue = 18446744073709551616
8. biValue = 340282366920938463463374607431768211456
9. biValue = 115792089237316195423570985008687907853269984665640564039457584007913129639936

表面上看，biValue似乎是可变的。但实际上并非如此，我的理解是：biValue本质上是一个指针变量。在运行时进行实例化时，为BigInteger类的对象分配了堆空间，调用了它的构造函数（其中包括根据字面值“2”初始化对象的值），最后将一个指向对象空间的指针赋给了biValue。（这样说对吗？）

随后，在循环的每次迭代中，multiply方法会为新对象实例分配额外的堆空间以包含结果不可变的值（例如，为第四次迭代的结果分配堆空间，并将新对象赋值为256），然后将一个指向新对象的指针赋给biValue。（这也正确吗？）

（顺便说一下，据我所知，先前的对象的堆空间只是被遗弃了吗？还是立即执行了垃圾收集？如果没有，那么在某些情况下，您可能很快就会耗尽堆空间。）

所以，我是否正确地理解了这一点，或者我漏掉了重要细节，或者……？

谢谢！

- GE Lent

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你说的一切都是正确的；为了消除你对垃圾回收的困惑，当 biValue 被设置为其他值时，之前的 BigInteger 对象将不再有指向它的引用，因此它可以被垃圾回收。它不会立即被垃圾回收，但 JVM 会为你处理这个问题。 - Jacob G.

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你说的一切都是正确的。你没有提到的一件事是变量和对象之间的区别。biValue 是一个变量。在 Java 程序中，每个变量都保存着一个原始值（例如 int 或 double），或者它保存着一个对象引用。在 Java 中（不像 C++），对象从来不会存储在变量中。它们只能在堆上找到。在你的程序中，biValue 是一个可变的变量，它保存着对一个不可变对象的引用。如果你想要一个不可变的变量，你可以将其声明为 final，或者你可以简单地不编写任何分配它的代码。 - Solomon Slow

一个 final 变量并不会使对象变为不可变。如果 final 引用了一个对象，那么它只是意味着该变量不能被重新赋值。通过确保没有可变的方法，可以使类变为不可变。这里没有任何神奇的事情发生。 - jkratz

@jameslarge "不编写任何分配代码" 并不能使变量成为不可变的。这就像说不调用任何setter方法会使对象成为不可变的一样。不可变性关注的是你可以做什么，而不是你实际做了什么。 - Andreas

@Andreas，你说得对。我很少声明任何公共变量。只有当公共变量被声明为“final”时，它才是不可变的。私有变量...嗯，这并不重要，因为你的代码已经实现了它的功能，除非你改变它，否则它永远不会做其他事情。 - Solomon Slow

1个回答

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可以查看英文原文，
原文链接

- Sweeper · Accepted Answer

你说的关于 multiply 在每次调用时创建新的 BigInteger 对象，以及在每次迭代中 biValue 的值会发生变化是正确的。

当我们谈论不可变性时，我们指的是对象不能被改变，而非变量。使用final修饰符可以声明一个不可变的变量。

是的，许多不可变的类看起来可能是可变的。在这种情况下，看似具有变异作用的方法将创建一个新对象。

至于循环中之前迭代的BigInteger对象的命运，它们将被垃圾回收。但是，这个过程发生的时间是不确定的。请注意，它可能会填满堆，这不是因为GC没有收集未使用的对象，而是因为数字太大。