Immutability：為什麼不可變的資料讓程式更好推理

可變狀態的問題

const user = { name: "Alice", scores: [90, 85, 92] };
 
function addBonus(u) {
    u.scores.push(100);  // 直接修改傳進來的物件
    return u;
}
 
addBonus(user);
console.log(user.scores);  // [90, 85, 92, 100]  ← 外部也變了！

你把 user 傳給一個函式，你不知道那個函式有沒有修改它。如果程式複雜了，有十個函式都可能修改 user，追蹤 user.scores 什麼時候被改是噩夢。

Immutability 的原則：不改已有的，建立新的。

function addBonus(u) {
    return { ...u, scores: [...u.scores, 100] };  // 建立新物件
}
 
const newUser = addBonus(user);
console.log(user.scores);     // [90, 85, 92]  ← 原本的不變
console.log(newUser.scores);  // [90, 85, 92, 100]

Immutability 的好處

1. 並發安全（Concurrency Safe）

如果資料不可變，多個 thread 同時讀取不需要鎖——不可能有 race condition（沒有人在寫，讀再多次都安全）。Erlang / Haskell / Rust 用 immutability 作為並發安全的基礎。

2. 容易推理（Easier Reasoning）

看到一個 immutable 物件，你知道它從建立後就不會改變。函式的輸出只取決於輸入，不取決於「某個全域狀態在某時間點是什麼值」。

3. 時間旅行（Time Travel）

Redux 的 time-travel debugging、React 的 shouldComponentUpdate——都是因為 immutable state 讓「比較前後的差異」變得容易（淺比較就夠了，prev !== next）。

各語言的 Immutability

JavaScript / TypeScript：

// const 讓變數不能重新賦值，但不讓物件本身不可變
const arr = [1, 2, 3];
arr.push(4);  // OK，arr 本身還是同一個陣列
 
// Object.freeze 讓物件不可修改（淺層）
const obj = Object.freeze({ x: 1, y: { z: 2 } });
obj.x = 10;  // 靜默失敗（strict mode 下報錯）
obj.y.z = 20;  // 還是可以改，因為 freeze 只有一層
 
// Immutable.js / Immer：深層 immutable 工具

Python：

# tuple 不可變，list 可變
point = (1, 2)  # immutable
 
from dataclasses import dataclass
@dataclass(frozen=True)
class Point:
    x: float
    y: float
 
p = Point(1.0, 2.0)
p.x = 3.0  # FrozenInstanceError

Rust：預設不可變，需要 mut 關鍵字才能修改——Immutability 是語言的預設值。

Immutability 的代價

每次修改都建立新物件，記憶體使用量增加。對大型資料結構（百萬個 element 的陣列），每次操作都深拷貝會很昂貴。

解法：Persistent Data Structure（結構共享）——新物件和舊物件共享未被修改的部分，只複製改動的部分。Clojure 的資料結構、Immer.js、Java 的 PersistentHashMap 都是這個實作。

和 DDD Value Object 的關係

DDD 的 Value Object（見 C04）天然就是 Immutable 的——Money(100, "USD") 和 Money(100, "USD") 是相等的，不是同一個物件，而且 Money 的值一旦建立就不應該被修改（要「加錢」就建一個新的 Money）。Immutability 是 Value Object 設計的核心約束。

Terry Yao's Blog

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