Kotlin 不可变集合详解 | Baeldung中文网

1. 引言

本文将深入探讨 如何在 Kotlin 中创建真正不可变的集合。

我们会先厘清“不可变”的几种类型，以及 Kotlin 原生提供的集合特性。接着，重点介绍两种实现真正不可变集合的方案：

使用 Google 的 Guava 库
使用 JetBrains 官方的 Kotlinx Immutable Collections Library（简称 KICL）

对于多线程编程、函数式风格或需要防御性编程的场景，不可变集合是必备技能。掌握这些工具能帮你有效避免数据被意外修改的“踩坑”问题。

2. 依赖配置

使用前需引入 Guava 和 KICL 的依赖。

2.1. Maven

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.jetbrains.kotlinx/kotlinx-collections-immutable -->
<dependency>
    <groupId>org.jetbrains.kotlinx</groupId>
    <artifactId>kotlinx-collections-immutable</artifactId>
    <version>0.1</version>
</dependency>
<!-- https://mvnrepository.com/artifact/com.google.guava/guava -->
<dependency>
    <groupId>com.google.guava</groupId>
    <artifactId>guava</artifactId>
    <version>27.1-jre</version>
</dependency>
<repository>
    <snapshots>
        <enabled>false</enabled>
    </snapshots>
    <id>kotlinx</id>
    <name>bintray</name>
    <url>https://dl.bintray.com/kotlin/kotlinx</url>
</repository>

2.2. Gradle

repositories {
    maven {
        url "https://dl.bintray.com/kotlin/kotlinx"
    }
}

// https://mvnrepository.com/artifact/org.jetbrains.kotlinx/kotlinx-collections-immutable
compile group: 'org.jetbrains.kotlinx', name: 'kotlinx-collections-immutable', version: '0.1'
// https://mvnrepository.com/artifact/com.google.guava/guava
compile group: 'com.google.guava', name: 'guava', version: '27.1-jre'

⚠️ 注意：KICL 当时处于早期版本（0.1），生产环境使用需评估稳定性。

3. 不可变性的三种类型

集合的“不可变”并非绝对概念，通常分为三类：

✅ Mutable（可变）
集合内容可自由增删改。
⚠️ Read-Only（只读）
接口层面禁止修改，但底层数据仍可能被改变。这是 Kotlin 默认的 List 行为。
✅✅✅ Immutable（真正不可变）
任何方式都无法修改内容，线程安全，内存更高效。

不可变集合的优势：

天然线程安全，可安全共享于多线程环境 ❌ 无需额外同步
提升代码健壮性，防止意外修改（防御性编程）
某些实现具备结构共享（structural sharing），提升性能

4. Kotlin 原生集合的“伪不可变”

Kotlin 的 List<T>、Set<T> 等接口默认是 编译期只读（read-only），而非真正不可变。

虽然接口不提供 add() 等方法，但若底层是可变对象，仍可通过类型转换修改。

示例：只读 List 实际可被修改

@Test
fun givenReadOnlyList_whenCastToMutableList_checkNewElementsAdded() {

    val list: List<String> = listOf("This", "Is", "Totally", "Immutable")

    (list as MutableList<String>)[2] = "Not"

    assertEquals(listOf("This", "Is", "Not", "Immutable"), list)
}

📌 关键点：

listOf() 返回的是一个 List 接口引用
但其实际类型可能是可变的（如 ArrayList）
强转为 MutableList 后即可修改 ❌ 存在隐患

这种“只读视图”容易让人误以为安全，实则暗藏风险，属于典型“踩坑点”。

5. 使用 Guava 实现真正不可变集合

Google 的 Guava 提供了真正的不可变集合实现：

ImmutableList<T>
ImmutableSet<T>
ImmutableMap<K, V>

这些集合在运行时会拒绝任何修改操作，抛出 UnsupportedOperationException。

示例：尝试修改 ImmutableList

@Rule
@JvmField
var ee: ExpectedException = ExpectedException.none()

@Test
fun givenImmutableList_whenAddTried_checkExceptionThrown() { 

    val list: List<String> = ImmutableList.of("I", "am", "actually", "immutable") 
    ee.expect(UnsupportedOperationException::class.java) 
    (list as MutableList<String>).add("Oops") 
}

✅ 结果：即使强转，调用 add() 也会抛出异常，确保不可变性。

5.1. 使用 `copyOf` 从现有集合创建

可将已有集合（即使是可变的）复制为不可变副本。

@Rule 
@JvmField 
var ee: ExpectedException = ExpectedException.none()

@Test
fun givenMutableList_whenCopiedAndAddTried_checkExceptionThrown(){

    val mutableList: List<String> = listOf("I", "Am", "Definitely", "Immutable")
    (mutableList as MutableList<String>)[2] = "100% Not"
    assertEquals(listOf("I", "Am", "100% Not", "Immutable"), mutableList)

    val list: List<String> = ImmutableList.copyOf(mutableList)
    ee.expect(UnsupportedOperationException::class.java)
    (list as MutableList<String>)[2] = "Really?"
}

📌 说明：

原始 mutableList 可修改
ImmutableList.copyOf() 创建的是深拷贝副本
新集合完全独立，无法修改

5.2. 使用 Builder 构建复杂集合

Guava 提供 Builder 模式，适合逐步构建不可变集合。

@Rule 
@JvmField 
var ee: ExpectedException = ExpectedException.none()

@Test
fun givenImmutableSetBuilder_whenAddTried_checkExceptionThrown(){

    val mutableList: List<String> = ArrayList(listOf("Hello", "Baeldung"))
    val set: ImmutableSet<String> = ImmutableSet.builder<String>()
      .add("I","am","immutable") 
      .addAll(mutableList)
      .build() 

    assertEquals(setOf("Hello", "Baeldung", "I", "am", "immutable"), set)

    ee.expect(UnsupportedOperationException::class.java) 
    (set as MutableSet<String>).add("Oops") 
}

✅ 优势：

支持链式调用
可混合添加单个元素和整个集合
build() 后才生成不可变实例

6. 使用 Kotlinx Immutable Collections Library（KICL）

JetBrains 官方推出的 Kotlinx Immutable Collections Library 专为 Kotlin 设计，相比 Guava 更轻量（仅几百 KB），API 更符合 Kotlin 风格。

核心差异：编译期阻断 vs 运行时异常

与 Guava 不同，KICL 在编译期就阻止非法操作，而非等到运行时报错。

@Test
fun givenKICLList_whenAddTried_checkExceptionThrown(){
    val list = persistentListOf("I", "am", "immutable")
    
    // ❌ 编译失败！add() 方法根本不存在
    // list.add("My new item") 

    assertEquals(listOf("I", "am", "immutable"), list)
}

✅ 优势：

类型系统保障，更安全
零运行时开销
支持持久化数据结构（persistent data structures），高效实现副本更新

📌 说明：

persistentListOf() 创建的是持久化列表
修改操作返回新实例，旧实例不变
内部采用高效的树形结构，共享未变更部分

7. 总结

方案	不可变级别	安全性	体积	推荐场景
Kotlin `listOf()`	只读（Read-Only）	⚠️ 低（可被强转修改）	✅ 最小	临时只读视图
Guava	真正不可变	✅ 高（运行时检查）	❌ 较大（~2.6MB）	Java 项目或需丰富功能
Kotlinx（KICL）	真正不可变	✅✅ 极高（编译期阻止）	✅ 轻量	Kotlin 项目首选

✅ 建议：

Kotlin 项目优先考虑 KICL，类型安全且轻量
若已在用 Guava 或需复杂功能（如 ImmutableSortedSet），可继续使用 Guava
避免将 listOf() 误当作“不可变”，尤其在 API 返回或共享数据时

所有示例代码均可在 GitHub 找到。

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