Что такое инвариант класса в Java?

Я погуглил тему, но кроме Википедии я не нашел никакой другой полезной документации или статей.

Может ли кто-нибудь простыми словами объяснить мне, что это означает, или отослать меня к какой-нибудь красивой и простой для понимания документации?

Это ничего особенного не означает применительно к java.

Инвариант класса - это просто свойство, которое сохраняется для всех экземпляров класса всегда, независимо от того, что делает другой код.

Например,

class X {
  final Y y = new Y();
}

X имеет инвариант класса, что есть yсвойство, а его никогда не бывает, nullи имеет значение типа Y.

class Counter {
  private int x;

  public int count() { return x++; }
}

не поддерживает два важных инварианта

1. Это countникогда не возвращает отрицательное значение из-за возможного потери значимости.
2. Призывы к countстрого монотонно увеличиваются.

Модифицированный класс сохраняет эти два инварианта.

class Counter {
  private int x;

  public synchronized int count() {
    if (x == Integer.MAX_VALUE) { throw new IllegalStateException(); }
    return x++;
  }
}

но не может сохранить инвариант, который countвсегда вызывает нормальный успех (отсутствие нарушений TCB ^† ), поскольку countможет вызвать исключение или блокировку, если заблокированный поток владеет монитором счетчика.

Каждый язык с классами позволяет легко поддерживать одни инварианты классов, но не другие. Java не исключение:

1. Классы Java постоянно имеют или не имеют свойств и методов, поэтому инварианты интерфейса легко поддерживать.
2. Классы Java могут защищать свои privateполя, поэтому инварианты, полагающиеся на частные данные, легко поддерживать.
3. Классы Java могут быть окончательными, поэтому инварианты, которые полагаются на отсутствие кода, нарушающего инвариант путем создания вредоносного подкласса, могут поддерживаться.
4. Java позволяет nullзначениям проникать разными способами, поэтому сложно поддерживать инварианты «имеет реальное значение».
5. В Java есть потоки, что означает, что классы, которые не синхронизируются, имеют проблемы с поддержанием инвариантов, которые полагаются на последовательные операции в потоке, происходящие вместе.
6. В Java есть исключения, которые упрощают поддержание инвариантов типа «возвращает результат со свойством p или не возвращает результата», но труднее поддерживать инварианты типа «всегда возвращает результат».

† - Внешнее воздействие или нарушение TCB - это событие, которое, как оптимистично предполагает системный разработчик, не произойдет.

Обычно мы просто верим, что базовое оборудование работает так, как рекламируется, когда мы говорим о свойствах языков высокого уровня, построенных на них, и наши аргументы, которые содержат инварианты, не принимают во внимание возможность:

• Программист, использующий отладочные средства для изменения локальных переменных во время работы программы, чего не может сделать код.
• Ваши коллеги не используют отражение с setAccessibleдля изменения privateтаблиц поиска.
• Локи изменяет физику, из-за чего ваш процессор неправильно сравнивает два числа.

Для некоторых систем наш TCB может включать только части системы, поэтому мы не можем предполагать, что

• Администратор или привилегированный демон не убьет наш процесс JVM,

но мы можем предположить, что

• Мы можем подключиться к надежной транзакционной файловой системе.

Чем выше уровень системы, тем крупнее ее TCB, но чем больше ненадежных вещей вы можете получить от TCB, тем больше вероятность того, что ваши инварианты будут соблюдаться, и тем надежнее будет ваша система в долгосрочной перспективе.

Инвариант означает что-то, что должно придерживаться своих условий независимо от того, какие изменения или кто-либо использует / трансформирует его. То есть свойство класса всегда выполняет или удовлетворяет некоторому условию даже после преобразования с использованием общедоступных методов. Таким образом, клиент или пользователь этого класса уверены в классе и его свойствах.

Например,

1. условием для аргумента функции является то, что он всегда должен быть> 0 (больше нуля) или не должен быть нулевым.
2. Minimum_account_balance класса учетной записи указывает, что оно не может быть ниже 100. Таким образом, все публичные функции должны соблюдать это условие и обеспечивать инвариантность класса.
3. зависимость между переменными, основанная на правилах, то есть значение одной переменной зависит от другой, поэтому, если одна из них изменяется, используя какое-то фиксированное правило, другая также должна измениться. Это соотношение между двумя переменными должно быть сохранено. Если это не так, значит, инвариант нарушен.

Это факты, которые должны относиться к классу экземпляра. Например, если у класса есть свойство X, а инвариант может быть X, он должен быть больше 0. Насколько мне известно, нет встроенного метода для поддержания инвариантов, вы должны сделать свойства закрытыми и убедиться, что ваши геттеры и сеттеры применяют свойство инвариантности.

Доступны аннотации, с помощью которых можно проверять свойства с помощью отражения и перехватчиков. http://docs.oracle.com/javaee/7/api/javax/validation/constraints/package-summary.html