面试题：Ruby冻结技术：元编程与不可变对象的深度应用

Question

使用Ruby的元编程技术，创建一个模块`ImmutableModule`，当一个类包含这个模块时，它的所有实例对象在初始化后自动冻结，并且其内部方法（包括通过元编程动态定义的方法）不能修改对象的状态。详细阐述实现思路，并给出完整的代码示例，同时分析这种设计在复杂应用场景下的优缺点。

Answer 1

实现思路

1. 定义 ImmutableModule 模块。
2. 在模块中使用 define_method 动态定义 initialize 方法的包装器，在原始 initialize 方法执行后调用 freeze 方法冻结实例。
3. 为模块添加 included 钩子方法，在类包含该模块时，将所有实例方法（包括动态定义的）替换为包装后的方法，确保方法不会修改对象状态。

代码示例

module ImmutableModule
  def self.included(base)
    base.instance_methods.each do |method_name|
      next if method_name == :initialize
      base.define_method(method_name) do |*args, &block|
        frozen_self = self.frozen? ? self : freeze
        frozen_self.__send__(method_name, *args, &block)
      end
    end
  end

  def initialize(*args, &block)
    super(*args, &block)
    freeze
  end
end

class ImmutableClass
  include ImmutableModule

  def initialize(value)
    @value = value
  end

  def get_value
    @value
  end
end

优点

1. 数据完整性：确保对象状态在初始化后不可变，有助于维护数据的一致性和完整性，特别适用于多线程环境，减少同步问题。
2. 安全性：防止意外修改对象状态，降低程序出现逻辑错误的风险。
3. 可预测性：由于对象状态不可变，其行为更可预测，便于调试和维护。

缺点

1. 灵活性降低：对象状态无法修改，对于需要频繁更新状态的场景不适用，如计数器、缓存等。
2. 性能开销：每次调用方法时都要检查对象是否冻结，以及可能的冻结操作，在高并发或性能敏感的场景下可能带来性能问题。
3. 内存消耗：不可变对象每次修改都需要创建新的对象，可能导致内存占用增加，特别是对于大型对象或频繁修改的场景。