一、背景

以Java語(yǔ)言為例诵肛，說(shuō)到可變的數(shù)據(jù)，就要提到函數(shù)式編程默穴，函數(shù)式編程主要有以下概念：

• 純函數(shù)（Pure Function）
• 頭等函數(shù)和高階函數(shù)（First-Class and High-Order functions）
• 不可變性（Immutability）
• 引用透明性（Referential Transparency）

Java作為編程語(yǔ)言的老大哥之一怔檩，是在JDK8的時(shí)候引入了函數(shù)式編程，java是一門(mén)面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言蓄诽，在以前調(diào)用函數(shù)的時(shí)候總是需要依賴于一個(gè)對(duì)象薛训，經(jīng)常會(huì)寫(xiě)出匿名類這樣的代碼：

Runnable runnable = new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Hello World");
    }
};

JDK8中引入了函數(shù)式編程接口和Lambda來(lái)簡(jiǎn)化代碼：

Runnable runnable = () -> System.out.println("Hello World");

不可變性是函數(shù)式編程推崇的一個(gè)重要概念，保證數(shù)據(jù)的不可變性若专，從而可以讓我們：開(kāi)發(fā)更加簡(jiǎn)單许蓖、可回溯、測(cè)試友好调衰，以及減少了任何可能的副作用膊爪，從而減少了Bug的出現(xiàn)。
但是JDK8對(duì)函數(shù)式編程的支持還不夠完善嚎莉，比如Collector的toXXX缺少生成不可變的集合米酬，各種集合想要初始化一個(gè)不可變的對(duì)象也比較繁瑣。當(dāng)然這些問(wèn)題在JDK11版本中得到了大幅度改進(jìn)趋箩，不僅支持了類型推斷赃额，而且還支持了各種不可變對(duì)象的初始化，極大的簡(jiǎn)化了代碼叫确，比如：

// JDK7的常規(guī)初始化 ---------- 可變集合
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("test01");
list.add("test02");
list.add("test03");

// JDK7的匿名內(nèi)部類初始化 --- 可變集合
List<String> list = new ArrayList<>() {{
    add("test01");
    add("test02");
    add("test03");
}};

// JDK8的Stream初始化 ------ 可變集合
List<String> list = Stream.of("test01", "test02", "test03").collect(Collectors.toList());

// JDK11的.of初始化 -------- 不可變集合
var list = List.of("test01", "test02", "test03");

// JDK11的stream初始化 ----- 不可變集合
var list = Stream.of("test01", "test02", "test03").collect(Colleactors.toUnmodifiableList());

// 借助工具類：Arrays ------- 不可變集合
List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("test01", "test02", "test03"));

// 借助工具類：Collections
List<String> readList = Collections.unmodifiableList(list);

// 借助工具類：Guava
ImmutableList<String> list = ImmutableList.of("test01", "test02", "test03");

通過(guò)上面各種集合初始化的對(duì)比跳芳，相信你也能發(fā)現(xiàn)，JDK11對(duì)不可變性的支持也日益完善竹勉，函數(shù)式編程的很多優(yōu)秀的特性在java語(yǔ)言得到了實(shí)現(xiàn)飞盆，所以還在用jdk8的小伙伴還是盡早升級(jí)，要不然jdk17都要出來(lái)了次乓。

二吓歇、不可控的可變數(shù)據(jù)

在第一版java語(yǔ)言的《重構(gòu)》書(shū)中，還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)可變數(shù)據(jù)的影子票腰，也難怪城看，這本書(shū)是在2010年出版的，jdk8是在2012年第一次發(fā)布杏慰，但是隨著函數(shù)式編程在這些高級(jí)語(yǔ)言中的應(yīng)用测柠，在2019年第二版js語(yǔ)言的《重構(gòu)》書(shū)中炼鞠，在代碼的壞味道中會(huì)發(fā)現(xiàn)多了可變數(shù)據(jù)這一條。

下面介紹兩種好用的重構(gòu)手法鹃愤，來(lái)避免不可控的可變數(shù)據(jù)為我們帶來(lái)的麻煩簇搅。

1. 移除設(shè)置函數(shù)（Remove Setting Method）

和讀數(shù)據(jù)相比，修改數(shù)據(jù)是一項(xiàng)危險(xiǎn)的操作软吐，這也就是為什么在并發(fā)編程中會(huì)有各種復(fù)雜的鎖機(jī)制來(lái)保證數(shù)據(jù)的一致性瘩将。對(duì)于項(xiàng)目中的Model來(lái)說(shuō)，setter方法就是其對(duì)外暴露不可控因素的源頭凹耙，其實(shí)我們完全可以避免使用setter姿现，通過(guò)不可變的方式來(lái)替代。詳情可見(jiàn)3.1的代碼樣例部分肖抱。

2. 編寫(xiě)不可變類

Java中最典型的不可變類就是String類备典，里面的各種方法，只要涉及到字符串的變化意述，不會(huì)再原字符串上進(jìn)行修改提佣，而是生成一個(gè)新的字符串返回。
想要編寫(xiě)不可變類荤崇，也不難拌屏，只要做到以下三點(diǎn)：

• 所有字段只在構(gòu)造函數(shù)中初始化
• 若發(fā)生改變，就返回一個(gè)新對(duì)象
• 編程純函數(shù)

三术荤、代碼案例倚喂，如何避免代碼中的可變性

接下來(lái)的代碼都以jdk11版本的語(yǔ)法為例，部分代碼為偽代碼只為說(shuō)明邏輯：

1. 基本數(shù)據(jù)類型瓣戚、包裝類和String

基本數(shù)據(jù)類型 ：int端圈、long、float子库、double舱权、byte、short仑嗅、boolean刑巧、char
包裝類 ：Integer、Long无畔、Float、Double吠冤、Byte浑彰、Short、Boolean拯辙、Character
String 本身是不可變類

// 在使用以上數(shù)據(jù)類型申請(qǐng)變量時(shí), 應(yīng)該盡量避免對(duì)同一個(gè)變量反復(fù)賦值
int i = toResult();
....
i = toAnotherResult();
// toAnotherResult()應(yīng)該重新申請(qǐng)一個(gè)變量郭变，不應(yīng)該對(duì)以前的變量進(jìn)行覆蓋颜价，并且不必要的變量應(yīng)該進(jìn)行Inline操作

還有一種情況在開(kāi)發(fā)的時(shí)候會(huì)經(jīng)常遇到：

// 第一種情況，if中只有一行賦值代碼
String s1;
if(isRight(xxx)) {
    s1 = "test_01";
} else {
    s1 = "test_02";
}
use String s1 do something ...

// 第二種情況, if中內(nèi)嵌了多行代碼
String s2;
if(isRight(xxx)) {
    do something ...
    s1 = "test_01";
} else {
    do something ...
    s1 = "test_02";
}
use String s2 do something ...

上面這種情況應(yīng)該在初始化的時(shí)候就給變量賦值诉濒。

// 第一種情況可以使用三目運(yùn)算符來(lái)解決：
String s1 = isRight(xxx) ? "test_01" : "test_02";

// 第二種情況可以使用Extract Method（提煉函數(shù)）來(lái)解決：
String s2 = toStr(xxx);

private String toStr(xxx) {
    //使用衛(wèi)語(yǔ)句簡(jiǎn)化if-else結(jié)構(gòu)
    if(isRight(xxx)) {
        do something ...
        return "test_01";
    }
    do something ...
    return "test_02";
}

2. 構(gòu)建不可變的集合

集合類型 ：List周伦、Map、Set未荒， 下面List為例來(lái)說(shuō)明

下列情況應(yīng)當(dāng)避免：

// 避免: 初始化可變列表
List<String> list = new ArrayList<>() {{
    add("test01");
    add("test02");
    add("test03");
}};

// 避免: 在一個(gè)方法中改變參數(shù)列表的長(zhǎng)度
public void change(List<String> list) {
    list.add("test04");
}

// 避免: 在一個(gè)方法中改變參數(shù)列表的內(nèi)部值
public void fill(List<Model> models) {
    models.foreach(model -> model.setType("new_model"));
}

構(gòu)建不可變的列表:

// 初始化
var list_01 = List.of("test01", "test02", "test03", "");
var list_02 = List.of("test04", "test05", "test06", "");

// 通過(guò)stream來(lái)實(shí)現(xiàn)列表的合并和過(guò)濾专挪，創(chuàng)建一個(gè)新的不可變集合
// 兩個(gè)集合合并
var list_03 = Stream.concat(list_01.stream(), list_02.stream()).collect(Collectors.toUnmodifiableList());
// 多個(gè)集合合并
var list_04 = Stream.of(list1.stream(), list2.stream(), list3.stream()).flatMap(Function.identity()).collect(Collectors.toUnmodifiableList());
// 集合過(guò)濾
var list_05 = list_04.stream().filter(StringUtils::isNotEmpty).collect(Collectors.toUnmodifiableList());

// 集合改變內(nèi)部的值生成一個(gè)新的集合，這里的model代表一個(gè)虛擬的對(duì)象
var models = List.of(model1片排， model2寨腔， model3);
var newModels = models.stream().map(model -> model.withType("new_model")).collect(Collectors.toUnmodifiableList());

總之： 集合搭配Stream可以進(jìn)行任何變化生成新的不可變集合，沒(méi)有副作用率寡，非常的nice迫卢。

3. 構(gòu)建不可變的model

@Setter是導(dǎo)致model可變的罪魁禍?zhǔn)祝鋵?shí)我們完全可以不使用setter來(lái)構(gòu)建我們的model冶共，可以在lombok中把setter相關(guān)的禁用掉乾蛤。

lombok.setter.flagUsage = error
lombok.data.flagUsage = error

我們可以用以下注釋來(lái)構(gòu)建不可見(jiàn)的model，并且通過(guò)staticName = "of"讓model的構(gòu)建更加函數(shù)式化捅僵。

// 聲明
@With
@Getter
@Builder(toBuilder = true)
@AllArgsConstructor(staticName = "of")
@NoArgsConstructor(staticName = "of")
public class Model() {
    private String id;
    private String name;
    private String type;
}

// 構(gòu)建Model
var model_01 = Model.of("101", "model_01", "model");

// 構(gòu)建空Model
var model_02 = Model.of();

// 構(gòu)建指定參數(shù)的Model
var model_03 = Moder.toBuilder().id("301").name("model_03").build();

// 修改Model的一個(gè)值家卖，通過(guò)@With來(lái)生成一個(gè)全新的model
var model_04 = model_01.withName("model_04");

// 修改多個(gè)值，通過(guò)@Builder來(lái)生成一個(gè)全新的model
var model_05 = model_01.toBuilder.name("model_05").type("new_model").build();

四命咐、總結(jié)

編寫(xiě)代碼時(shí)篡九，時(shí)刻提醒自己：控制數(shù)據(jù)的可變性 ????????????????????????????

本文內(nèi)容參考來(lái)源于：極客時(shí)間專欄《軟件設(shè)計(jì)之美》《代碼之丑》 | 書(shū)籍《重構(gòu)》