走进函数式编程 (Becomming Functional) (不可变性)

不可变性(Immutable--不是不让谁变性) 在设计模式中似乎不那么显眼,但是它在函数式编程却起着举足轻重的意义了。我们都知道 Java 的 String 是设计为 Immutable 的,对 String 改变都会产生新的 String 实例,这有助于共享常量池中字符串与并发。

这里再回顾上一篇关于纯虚函数(输入决定输出,无副作用函数,非 C++ 中可重载无 Body 的函数),由此可知,Immutable 也有助于实现纯虚函数,因为一个不可变实例被传入到某个函数中,该实例的内部状态是无法被修改的,也就是说该函数是无副作用的。

先来感受一下可变类型在并发环境下的一个弊端,看个例子,可变的 Customer 类有三个属性 name, email 和  age, 它还有一个更新方法 updateNameAndEmail()

当我们有两个线程几乎同时执行上面的 updateNameAndEmail() 和  sendEmail() 方法。

线程 1 执行 this.updateNameAndEmail("Jerry", "jerry@xyz.com") 时,但只更新了 name, 就在这时候 ......
线程 2 就执行了  sendEmail(),结果输出就是 "Send email to Jerry with email address tom@xyz.com". 这让收到邮件的 tom 要迷惑半生: 我是谁?

上面就因为 Customer 的可变性造成了不一致性,这与数据库的事性是一个道理. 如果重构上面的代码为 Immutable 会是怎样呢?

重构后的代码只要在调用 sendEmail() 时, 不管其他线程如何并发的调用 updateNameAndEmail() 方法, 如:

Customer customer = new Customer("Tom", "tom@xyz.com", 20)
customer.sendEmail();
customer.updateNameAndEmail("Jerry", "jerry@xyz.com").sendEmail();

sendEmail() 输出的中的 name 和 email address 总是能保持一致,因为已封杀了 customer 实例状态只被部分更新的可能性。

上面代码中的 Customer 实例自创建之后就是不可变的,对它的更新创建出新的实例。这也可以作为 Java 中不可变模式的一个参考: 内部状态全声明为 final, 所以只能由构造方法进行初始化,实例创建后便不可更改。请注意类型中的所有内部状态都必须是不可变的,比如集合属性或其他对象引用都需不可变。

变量和集合在 Scala 中默认是不可变的,我们编程中也应该优先使用 val 而非 var。同时声明一个 Scala 不可变类型也非常简单,用 case class 只要一句话

小结一下:

  1. 不可变性有时确实会对代码带来一些复杂性,不能更动实例内部状态
  2. 运行中也会产生多余的实例(不可变实例更新后产生新实例,原有实例可能不再使用)
  3. 不可变性在并发中能受益,不用担心数据的不一致性
  4. 不可变性有助于我们追踪 Bug -- 已有的实例不再莫名其妙的不知在何处被修改了
  5. 最前面提到的一点,不可变性便于实例纯虚函数

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