Java 常识(008):为什么String在Java中是不可变的?

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String是Java中一个不可变的类,所以他一旦被实例化就无法被修改。不可变类的实例一旦创建,其成员变量的值就不能被修改。不可变类有很多优势。本文总结了为什么字符串被设计成不可变的。将涉及到内存、同步和数据结构相关的知识。

1、字符串池

字符串池(String intern pool)是方法区的特殊存储区域。创建字符串时,如果池中已存在该字符串时,将返回现有字符串的引用,而不是创建新对象。

以下代码将在堆中创建一个字符串对象。

String string1 = "abcd";
String string2 = "abcd";

在这里插入图片描述

需要注意的是,如果字符串可变的话,当两个引用指向指向同一个字符串时,对其中一个做修改就会影响另外一个。

2、缓存Hashcode

Java中经常会用到字符串的哈希码(hashcode)。例如,在HashMap或HashSet中,字符串的不可变能保证其hashcode保持一致,这样就可以避免一些不必要的麻烦。这也就意味着每次在使用一个字符串的 hashcode 的时候不用重新计算一次,这样更加高效。

在String类中,有以下这段代码

/** Cache the hash code for the string */
private int hash; // Default to 0

此处的 hash 变量就是为了保存了String对象的hashcode,因为String类不可变,所以一旦对象被创建,该hash值也无法改变。所以,每次想要使用该对象的hashcode的时候,直接获取即可。

3、易于在其他对象中使用

为了更好的说明,请看以下代码:

HashSet<String> set = new HashSet<String>();
set.add(new String("a"));
set.add(new String("b"));
set.add(new String("c"));
 
for(String a: set)
	a.value = "a";

以上例子中,如果字符串可以被改变,那么以上用法将有可能违反Set的设计原则,因为Set要求其中的元素不可以重复。上面的代码只是为了简单说明该问题,其实String类中并没有value这个字段值。

4、安全性

String被广泛的使用在其他Java类中充当参数。比如网络连接、打开文件等操作。如果字符串可变,那么类似操作可能导致安全问题。因为某个方法在调用连接操作的时候,他认为会连接到某台机器,但是实际上并没有(其他引用同一String对象的值修改会导致该连接中的字符串内容被修改)。可变的字符串也可能导致反射的安全问题,因为他的参数也是字符串。

String 在其他 Java 类中被广泛作为参数使用,比如网络连接、打开文件等操作。如果字符串可变,那么类似这样的操作可能导致安全问题。比如,当某个方法在调用连接操作时,他会认为连接到了它已知的某台机器,但实际并没有。因为引用同一String对象的值被修改了。同时可变字符串也可能在Reflection中引起安全问题,因为参数是字符串。

代码示例如下:

boolean connect(string s){
    if (!isSecure(s)) { 
throw new SecurityException(); 
}
    //here will cause problem, if s is changed before this by using other references.    
    causeProblem(s);
}

5、不可变对象自然是线程安全的

由于无法更改不可变对象,因此可以在多个线程之间自由共享它们,不存在同步的问题。

总之,String被设计成不可变的主要目的是为了安全和效率。所以,String 是一个不可变类是一个很好的设计。

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