1. 不變性（Immutability）模式

1.1. 不變性模式的概念

定義：對象一旦被創建，其內部狀態就不再發生變化，也即“只讀無寫”，不會出現并發寫的問題，自然線程安全。

適用場景：只讀共享數據場景，是并發編程中最簡單直接的線程安全保障方案。

不變性模式的作用：

不變性模式的實際作用不是為了“能不能安全讀”，而是為了簡化并發程序設計。如果對象不可變：

• 不需要加鎖
• 不需要 volatile
• 不用擔心可見性問題
• 不用寫復雜的同步控制邏輯

只需保證創建時一次寫入，之后多線程隨便讀即可。

不變性模式不是為了實現線程安全，而是為了“讓線程安全成為默認”，并從語言/設計層面強制杜絕修改，從而簡化并發程序的設計。

1.2. 實現不變性模式

1. Java 實現方式

public final class Person {private final String name;private final int age;public Person(String name, int age) {this.name = name;this.age = age;}public Person withAge(int newAge) {return new Person(this.name, newAge);}public String getName() { return name; }public int getAge() { return age; }
}

2. Python 實現方式

from dataclasses import dataclass@dataclass(frozen=True)
class Person:name: strage: intp1 = Person("Alice", 30)
p2 = Person(p1.name, 31)  # 通過創建新對象實現“修改”

3. Go 實現方式（沒有語言級別支持，只能靠規范）

type Person struct {name stringage  int
}// 提供只讀 getter
func (p Person) Name() string {return p.name
}// 修改返回新對象
func (p Person) WithAge(newAge int) Person {return Person{name: p.name, age: newAge}
}

Immutability 模式注意事項

1. final 屬性 ≠ 不可變

如果類的屬性是對象，即使屬性用 final 修飾，屬性本身不變，屬性引用的對象內容仍然可能被更改。

正確方式：確保引用對象也不可變。

class Foo {int age;
}final class Bar {final Foo foo;  // Foo 是可變的
}

2. 不可變對象也需要正確發布

• 不可變對象雖然線程安全，但持有不可變對象的引用不一定是線程安全的。
• 若引用在多個線程間共享，需使用 volatile 或原子類保證可見性/原子性。

原子類示例：

AtomicReference<WMRange> rf = new AtomicReference<>(new WMRange(0, 0));

1.3. 享元模式（Flyweight Pattern）

概念

• 定義：通過復用相同對象，避免重復創建，降低內存消耗。
• 本質：對象池（緩存）。
• 關鍵點：

• • 對象不可變（否則復用會有副作用）
  • 對象的創建要通過工廠/緩存控制

1. Java 中的應用

Java 的 Long.valueOf() 使用享元模式緩存了 [-128,127] 范圍的數值：

static final Long cache[] = new Long[256];static {for (int i = 0; i < cache.length; i++) {cache[i] = new Long(i - 128);}
}Long.valueOf(long l) {if (l >= -128 && l <= 127)return LongCache.cache[(int) l + 128];return new Long(l);
}

鎖問題示例：

Long al = Long.valueOf(1);
Long bl = Long.valueOf(1);
// al == bl，鎖是同一把 → 不安全！

2. Python 中的享元模式

Python 的 int 和 str 對象也使用了享元機制。

a = 100
b = 100
print(a is b)  # True，因為緩存了 [-5, 256] 的整數

自定義享元：

class FlyweightFactory:_cache = {}@staticmethoddef get(value):if value not in FlyweightFactory._cache:FlyweightFactory._cache[value] = HeavyObject(value)return FlyweightFactory._cache[value]

3. Go 中的享元模式

Go 中沒有自動享元機制，但可手動實現對象池：

var pool = make(map[string]*User)func GetUser(name string) *User {if u, ok := pool[name]; ok {return u}u := &User{name: name}pool[name] = ureturn u
}

• Go 標準庫中也提供了對象池工具：sync.Pool（并非享元，但類似概念）