Java 不可变集合

1.不可变集合

在 Java 中，不可变集合（Immutable Collections）是指在创建之后无法修改的集合。这些集合不允许添加、删除或修改元素，一旦创建后，内容就不能改变。Java 提供了一些内置的方式来创建不可变集合，常见的包括使用 Collections.unmodifiableXXX() 方法和 Java 9 引入的 List.of(), Set.of() 和 Map.of() 等方法。

1.1 什么是不可变集合

​ 是一个长度不可变，内容也无法修改的集合

1.2 使用场景

​ 如果某个数据不能被修改，把它防御性地拷贝到不可变集合中是个很好的实践。

​ 当集合对象被不可信的库调用时，不可变形式是安全的。

简单理解：

​ 不想让别人修改集合中的内容

比如说：

1，斗地主的54张牌，是不能添加，不能删除，不能修改的

2，斗地主的打牌规则：单张，对子，三张，顺子等，也是不能修改的

3，用代码获取的操作系统硬件信息，也是不能被修改的

1.3 不可变集合分类

• 不可变的list集合
• 不可变的set集合
• 不可变的map集合

1.4 不可变的list集合

public class ImmutableDemo1 {public static void main(String[] args) {/*创建不可变的List集合"张三", "李四", "王五", "赵六"*///一旦创建完毕之后，是无法进行修改的，在下面的代码中，只能进行查询操作List<String> list = List.of("张三", "李四", "王五", "赵六");System.out.println(list.get(0));System.out.println(list.get(1));System.out.println(list.get(2));System.out.println(list.get(3));System.out.println("---------------------------");for (String s : list) {System.out.println(s);}System.out.println("---------------------------");Iterator<String> it = list.iterator();while(it.hasNext()){String s = it.next();System.out.println(s);}System.out.println("---------------------------");for (int i = 0; i < list.size(); i++) {String s = list.get(i);System.out.println(s);}System.out.println("---------------------------");//list.remove("李四");//list.add("aaa");list.set(0,"aaa");}
}

1.5 不可变的Set集合

public class ImmutableDemo2 {public static void main(String[] args) {/*创建不可变的Set集合"张三", "李四", "王五", "赵六"细节：当我们要获取一个不可变的Set集合时，里面的参数一定要保证唯一性*///一旦创建完毕之后，是无法进行修改的，在下面的代码中，只能进行查询操作Set<String> set = Set.of("张三", "张三", "李四", "王五", "赵六");for (String s : set) {System.out.println(s);}System.out.println("-----------------------");Iterator<String> it = set.iterator();while(it.hasNext()){String s = it.next();System.out.println(s);}System.out.println("-----------------------");//set.remove("王五");}
}

1.6 不可变的Map集合

1.6.1：键值对个数小于等于10

public class ImmutableDemo3 {public static void main(String[] args) {/*创建Map的不可变集合细节1：键是不能重复的细节2：Map里面的of方法，参数是有上限的，最多只能传递20个参数，10个键值对细节3：如果我们要传递多个键值对对象，数量大于10个，在Map接口中还有一个方法*///一旦创建完毕之后，是无法进行修改的，在下面的代码中，只能进行查询操作Map<String, String> map = Map.of("张三", "南京", "张三", "北京", "王五", "上海","赵六", "广州", "孙七", "深圳", "周八", "杭州","吴九", "宁波", "郑十", "苏州", "刘一", "无锡","陈二", "嘉兴");Set<String> keys = map.keySet();for (String key : keys) {String value = map.get(key);System.out.println(key + "=" + value);}System.out.println("--------------------------");Set<Map.Entry<String, String>> entries = map.entrySet();for (Map.Entry<String, String> entry : entries) {String key = entry.getKey();String value = entry.getValue();System.out.println(key + "=" + value);}System.out.println("--------------------------");}
}

1.6.2：键值对个数大于10

public class ImmutableDemo4 {public static void main(String[] args) {/*创建Map的不可变集合,键值对的数量超过10个*///1.创建一个普通的Map集合HashMap<String, String> hm = new HashMap<>();hm.put("张三", "南京");hm.put("李四", "北京");hm.put("王五", "上海");hm.put("赵六", "北京");hm.put("孙七", "深圳");hm.put("周八", "杭州");hm.put("吴九", "宁波");hm.put("郑十", "苏州");hm.put("刘一", "无锡");hm.put("陈二", "嘉兴");hm.put("aaa", "111");//2.利用上面的数据来获取一个不可变的集合
/*//获取到所有的键值对对象（Entry对象）Set<Map.Entry<String, String>> entries = hm.entrySet();//把entries变成一个数组Map.Entry[] arr1 = new Map.Entry[0];//toArray方法在底层会比较集合的长度跟数组的长度两者的大小//如果集合的长度 > 数组的长度 ：数据在数组中放不下，此时会根据实际数据的个数，重新创建数组//如果集合的长度 <= 数组的长度：数据在数组中放的下，此时不会创建新的数组，而是直接用Map.Entry[] arr2 = entries.toArray(arr1);//不可变的map集合Map map = Map.ofEntries(arr2);map.put("bbb","222");*///Map<Object, Object> map = Map.ofEntries(hm.entrySet().toArray(new Map.Entry[0]));Map<String, String> map = Map.copyOf(hm);map.put("bbb","222");}
}

2. 优点和应用场景

优点：

• 线程安全：不可变集合在多线程环境下是安全的，因为它们一旦创建就不能被修改，不需要额外的同步机制。
• 防止修改：可以确保数据不会被意外或恶意修改，保证数据的一致性。
• 提高性能：由于不可变集合的元素不会变化，JVM 可以进行优化（例如内存共享和缓存）。

应用场景：

• 常量集合：当你有一个固定的、不变的数据集时，例如配置项或预定义的常量集合，可以使用不可变集合。
• 防止修改：如果你希望确保集合的内容在程序的后续过程中不被更改。

3 总结

• 使用 Collections.unmodifiableXXX() 可以将一个已有的集合包装为不可变集合。
• Java 9 引入了更简洁的 List.of(), Set.of(), 和 Map.of() 方法，创建不可变集合时更方便。
• 不可变集合在多线程环境中具有天然的线程安全性，并且可以防止意外修改数据。