Что такое инвариант класса в Java?

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 свойство y, и никогда не null, и имеет значение типа Y.

class Counter {
  private int x;

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

Это не поддерживает два важных инварианта:

1. Этот count никогда не возвращает отрицательное значение из-за возможного потери значимости.
2. Количество обращений к count строго монотонно увеличивается.

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, согласно которому вызовы count всегда выполняются нормально (отсутствуют нарушения TCB ^†), потому что count может вызвать исключение или заблокировать, 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 private поля, 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 null значениям проникать разными способами, поэтому сложно поддерживать инварианты реальных значений.
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, таких как возврат результата со свойством p или отсутствие результата, но сложнее поддерживать инварианты, например, всегда возвращает результат.

† - внешние факторы или TCB нарушение это событие, которое, как оптимистично полагает 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 средства отладки для изменения локальных переменных во время работы программы, чего не может сделать код.
• Ваши коллеги не используют отражение с setAccessible для изменения private таблиц 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 больше обычно ее TCB, но чем более ненадежные вещи вы можете получить от своего TCB, тем больше вероятность того, что ваши инварианты будут соблюдаться, и тем более надежной 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. Другими словами, 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. Свойство Minimum_account_balance класса учетной записи указывает, что оно не может опускаться ниже 100. Таким образом, все публичные функции должны соблюдать это условие и обеспечивать инвариантность класса.
3. Зависимость между переменными на основе правил, то есть значение одной переменной зависит от другой, поэтому, если одна из них изменяется с использованием какого-либо правила исправления, другая также должна измениться. Это соотношение между двумя переменными должно быть сохранено. В противном случае инвариант нарушен.

Это факты, которые должны быть правдой об экземпляре класса. Например, если у класса есть свойство X, а инвариант может быть X, должно 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