本文详细讲解了 Java 中不可变集合的概念、特性及使用场景。介绍了 List、Set 和 Map 三种不可变集合的创建方式，包括 List.of、Set.of、Map.of 以及 Map.copyOf 等方法。文章通过具体代码示例展示了如何创建不可变集合，并说明了修改操作会抛出 UnsupportedOperationException 异常。此外，还补充了关于参数限制、null 值处理、线程安全性及低版本兼容性的注意事项，帮助开发者正确使用不可变集合以提升代码质量。
在 Java 开发中，不可变集合（Immutable Collection）是指长度固定且内容无法修改的集合对象。一旦创建完成，任何尝试添加、删除或修改元素的操作都会抛出 UnsupportedOperationException 异常。
将数据防御性地拷贝到不可变集合中是一种良好的编程实践，特别是在以下场景中：
简单理解：不想让别人修改集合中的内容，或者希望保证数据的一致性。
例如：
Java 提供了多种创建不可变集合的方式，主要分为三类：
List.of() 或 Collections.unmodifiableList() 实现。Set.of() 实现。Map.of()、Map.ofEntries() 或 Map.copyOf() 实现。从 Java 9 开始，List 接口提供了静态工厂方法 of()，可以直接创建不可变列表。
import java.util.List;
import java.util.Iterator;
public class ImmutableListDemo {
public static void main(String[] args) {
/*
* 创建不可变的 List 集合
* 元素："张三", "李四", "王五", "赵六"
*/
// 一旦创建完毕之后，是无法进行修改的，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("---------------------------");
// 增强 for 循环遍历
for (String s : list) {
System.out.println(s);
}
System.out.println("---------------------------");
// Iterator 遍历
Iterator<String> it = list.iterator();
while(it.hasNext()){
String s = it.next();
System.out.println(s);
}
System.out.println("---------------------------");
// 索引遍历
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
String s = list.get(i);
System.out.println(s);
}
System.out.println("---------------------------");
// 尝试修改会抛出 UnsupportedOperationException
// list.remove("李四");
// list.add("aaa");
try {
list.set(0, "aaa");
} catch (UnsupportedOperationException e) {
System.out.println("修改失败：" + e.getMessage());
}
}
}
List.of() 可以接受任意数量的参数，包括零个，此时返回一个空列表。List.of() 不允许包含 null 元素，否则会抛出 NullPointerException。Set 不同。Set 接口的 of() 方法同样用于创建不可变集合，但增加了唯一性约束。
import java.util.Set;
import java.util.Iterator;
public class ImmutableSetDemo {
public static void main(String[] args) {
/*
* 创建不可变的 Set 集合
* 元素："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
*/
// 如果传入重复元素，会抛出 IllegalArgumentException
Set<String> set = Set.of("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("-----------------------");
// 尝试修改会抛出 UnsupportedOperationException
// set.remove("王五");
try {
set.add("新成员");
} catch (UnsupportedOperationException e) {
System.out.println("添加失败：" + e.getMessage());
}
}
}
IllegalArgumentException。null 元素。Set.of() 返回的集合不保证特定顺序（除非是 LinkedHashSet 相关逻辑，但标准 API 返回的是普通 Set）。Map 的不可变实现稍微复杂一些，因为键值对数量较多时，构造方法参数有限制。
对于少量键值对，可以使用 Map.of() 方法。
import java.util.Map;
import java.util.Set;
import java.util.Map.Entry;
public class ImmutableMapSmallDemo {
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，需要使用其他方法
*/
// 一旦创建完毕之后，是无法进行修改的
Map<String, String> map = Map.of(
"张三", "南京",
"李四", "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"
);
// 遍历 Key-Value
Set<String> keys = map.keySet();
for (String key : keys) {
String value = map.get(key);
System.out.println(key + "=" + value);
}
System.out.println("--------------------------");
// 遍历 Entry 集合
Set<Entry<String, String>> entries = map.entrySet();
for (Entry<String, String> entry : entries) {
String key = entry.getKey();
String value = entry.getValue();
System.out.println(key + "=" + value);
}
System.out.println("--------------------------");
// 尝试修改
try {
map.put("测试", "测试值");
} catch (UnsupportedOperationException e) {
System.out.println("修改失败：" + e.getMessage());
}
}
}
Map.of() 最多支持 10 个键值对（即 20 个参数）。超过此数量需编译报错。IllegalArgumentException。null。当需要创建包含超过 10 个键值对的不可变 Map 时，需要先构建可变 Map，然后转换为不可变副本。
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
public class ImmutableMapLargeDemo {
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");
hm.put("bbb", "222");
hm.put("ccc", "333");
// 2. 利用上面的数据来获取一个不可变的集合
// 推荐使用 Map.copyOf() 方法，它会自动处理数组转换逻辑
Map<String, String> map = Map.copyOf(hm);
// 验证不可变性
try {
map.put("ddd", "444");
} catch (UnsupportedOperationException e) {
System.out.println("修改失败：" + e.getMessage());
}
System.out.println("不可变 Map 大小：" + map.size());
}
}
除了 Map.copyOf()，也可以使用 Map.ofEntries() 配合 entrySet().toArray()，但 copyOf() 更简洁高效。
// 旧式写法（不推荐，较繁琐）
// Map.Entry[] arr = hm.entrySet().toArray(new Map.Entry[0]);
// Map<String, String> map = Map.ofEntries(arr);
of() 系列方法不支持 null，务必检查数据源。of() 都会创建新对象，频繁创建可能影响性能，建议复用实例。List/Set/Map.of() 仅在 Java 9+ 可用，低版本需使用 Collections.unmodifiableXXX()。import java.util.Collections;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
// Java 8 及以下版本
List<String> mutableList = new ArrayList<>();
mutableList.add("A");
mutableList.add("B");
List<String> immutableList = Collections.unmodifiableList(mutableList);
掌握 Java 不可变集合的使用，能够显著提升代码的安全性和健壮性。在实际开发中，应优先选择 of() 系列方法创建轻量级不可变集合，并在必要时使用 copyOf() 处理大数据量场景。同时，注意区分可变与不可变集合的边界，避免因误操作导致程序崩溃。
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