1. 字符串 String 的不可變性

什么是不可變類？

這樣理解：
        一個(gè)對(duì)象在創(chuàng)建完成后，不能去改變它的狀態(tài)，不能改變它的成員變量（如果成員變量包含基本數(shù)據(jù)類型，那么這個(gè)基本數(shù)據(jù)類型的值不能改變；如果包含引用類型，那么這個(gè)引用類型的變量不能指向別的對(duì)象）

不可變類只是其實(shí)例不能被修改的類。每個(gè)實(shí)例中包含的所有信息都必須在創(chuàng)建該實(shí)例的時(shí)候就提供，并且在對(duì)象的整個(gè)生命周期內(nèi)固定不變。為了使類不可變，要遵循下面五條規(guī)則：

• 不要提供任何會(huì)修改對(duì)象狀態(tài)的方法
• 保證類不會(huì)被擴(kuò)展。 一般的做法是讓這個(gè)類稱為 final 的，防止子類化，破壞該類的不可變行為
• 使所有的域都是 final 的
• 使所有的域都成為私有的。 防止客戶端獲得訪問被域引用的可變對(duì)象的權(quán)限，并防止客戶端直接修改這些對(duì)象
• 確保對(duì)于任何可變性組件的互斥訪問。 如果類具有指向可變對(duì)象的域，則必須確保該類的客戶端無法獲得指向這些對(duì)象的引用
  

翻閱 API 文檔：

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    // value 數(shù)組被 final 修飾
    private final char value[];
    ...
}

String 類代表字符串。Java 程序中的所有字符串字面值（如 “abc” ）都作為此類的實(shí)例來實(shí)現(xiàn)。 這些字面值都是直接存儲(chǔ)在“方法區(qū)”的 字符串常量池 中

字符串是常量；它們的值在創(chuàng)建之后 不能改變，所以可以共享它們。例如：

String str = "abc";

這時(shí)就有人疑惑了：為什么 String 不可變？但我的代碼中經(jīng)常改變 String 啊，如下：

String str = "HELLO";
str = "WORLD";
System.out.println(str);    // WORLD

這樣操作，不就是將 “HELLO” 對(duì)象改變成了 “WORLD” 對(duì)象了嗎？

雖然字符串的內(nèi)容看上去從“HELLO” 變成了“WORLD”，但實(shí)際上，這已經(jīng)是生成了一個(gè)新的字符串了：

String str = "HELLO";
System.out.println(str.hashCode());  // 68624562
str = "WORLD";
System.out.println(str.hashCode());  // 82781042

變量 str 前后的 hashCode 值不一樣，說明了 str 在改變前后，指向了不同的對(duì)象。所以，變量 str 只是指向了不同對(duì)象，字符串 “HELLO”對(duì)象本身沒有被改變。

變量 str 的指向如下圖所示（jdk1.8：字符串常量位于堆中）：

我們也可以使用 javap 命令來查看 class 的常量池：

javap -c -v StringTest.class

執(zhí)行后，常量池信息如下：

從常量池中可以看出，確實(shí)有兩個(gè)字符串對(duì)象：HELLO、WORLD

【總結(jié)】：一旦一個(gè) String 對(duì)象堆中被創(chuàng)建出來，它就無法被修改。而且，String 類的所有 API 方法都沒有改變字符串本身的值，都是返回了一個(gè)新的字符串對(duì)象。

2. String 設(shè)計(jì)成不可變類的好處

在了解了“String 是不可變”的之后，大家是不是很疑惑：為什么要把 String 設(shè)計(jì)成不可變的呢？這樣做又有什么好處呢？

主要從以下幾個(gè)角度考慮：

• 安全可靠性：字符串在 Java 應(yīng)用程序中應(yīng)用廣泛（存儲(chǔ)敏感信息，如：用戶名、密碼、連接 url、網(wǎng)絡(luò)連接等）；JVM類加載器在加載類的時(shí)也廣泛地使用它。因此，保護(hù) String 類對(duì)于提升整個(gè)應(yīng)用程序的安全性至關(guān)重要。
• 緩存：字符串是使用最廣泛的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，大量的字符串的創(chuàng)建是非常耗費(fèi)資源的。JVM 中專門開辟了一部分空間來存儲(chǔ) Java 字符串，那就是字符串常量池。通過字符串常量池，兩個(gè)內(nèi)容相同的字符串變量，可以從池中指向同一個(gè)字符串對(duì)象，從而節(jié)省了關(guān)鍵的內(nèi)存資源
• 線程安全：不可變會(huì)自動(dòng)使字符串成為線程安全的，因?yàn)楫?dāng)從多個(gè)線程訪問它們時(shí)，它們不會(huì)被更改
• hashcode 緩存：字符串也被廣泛地用于哈希實(shí)現(xiàn)，如 HashMap、HashTable、HashSet 等。在對(duì)這些散列實(shí)現(xiàn)進(jìn)行操作時(shí)，經(jīng)常調(diào)用鍵的hashCode() 方法。不可變性保證了字符串的值不會(huì)改變，因此，hashCode() 方法在 String 類中被重寫，以方便緩存。這樣，在第一次hashCode() 調(diào)用期間計(jì)算和緩存散列，并從那時(shí)起返回相同的值。
  

3. 面試題

// 生成兩個(gè)對(duì)象：一個(gè)在常量池中；一個(gè)中堆中，且都是 hello 對(duì)象
String s = new String("hello");

那么，下面會(huì)生成幾個(gè)對(duì)象呢？

// 只會(huì)在字符串常量池中生成一個(gè)對(duì)象：helloworld。
String s3 = "hello" + "world";

這種字面量用“+”拼接，編譯器在編譯期間會(huì)直接進(jìn)行優(yōu)化。

// 這個(gè)會(huì)生成4個(gè)對(duì)象。2個(gè)在常量池中：hello、world
// 2個(gè)在堆中：StringBuilder、helloworld對(duì)象
String s = "hello";
String s2 = s + "world";

編譯后，使用反編譯軟件 ------ jad 進(jìn)行查看：

String s1 = "hell0";
String s2 = (new StringBuilder()).append(s1).append("world").toString();

發(fā)現(xiàn)：使用“+”將變量和字面量進(jìn)行拼接的結(jié)果是：將 String 轉(zhuǎn)成了StringBuilder 后，使用其 append() 方法進(jìn)行處理的

查看 StringBuilder.toString() 方法源碼：

@Override
public String toString() {
	// char[] value; value 是 StringBuilder 類的成員變量
    return new String(value, 0, count);
}

最后調(diào)用 toString() 方法時(shí)，會(huì)創(chuàng)建一個(gè) String 對(duì)象。這個(gè)字符串對(duì)象只會(huì)在堆中創(chuàng)建，并不會(huì)在字符串常量池中創(chuàng)建。所以，會(huì)創(chuàng)建4個(gè)對(duì)象（hello 和 world 會(huì)直接在字符串常量池中創(chuàng)建）。

到此這篇關(guān)于深入理解java.lang.String類的不可變性的文章就介紹到這了,更多相關(guān)java.lang.String不可變性內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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