【String】为什么 Java 要把字符串设计成不可变的

喜欢ヅ旅行 2022-06-15 05:23 139阅读 0赞

`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][Link 1]。将涉及到内存、同步和数据结构相关的知识。

## 字符串池 ##

字符串池是[方法区][Link 2]中的一部分特殊存储。当一个字符串被被创建的时候，首先会去这个字符串池中查找，如果找到，直接返回对该字符串的引用。

下面的代码只会在堆中创建一个字符串

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

下面是图示：

![string][]

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。（请记住该影响，有助于理解后面的内容）

## 缓存Hashcode ##

Java中经常会用到字符串的哈希码（hashcode）。例如，在HashMap中，字符串的不可变能保证其hashcode永远保持一致，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，有以下代码：

private int hash;//this is used to cache hash code.

> 以上代码中`hash`变量中就保存了一个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，直接返回即可。

## 使其他类的使用更加便利 ##

在介绍这个内容之前，先看以下代码：

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";

在上面的例子中，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。

## 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。

代码示例：

boolean connect(string s){ if (!isSecure(s)) { throw new SecurityException(); } //如果s在该操作之前被其他的引用所改变，那么就可能导致问题。 causeProblem(s); }

## 不可变对象天生就是线程安全的 ##

因为不可变对象不能被改变，所以他们可以自由地在多个线程之间共享。不需要任何同步处理。

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

[Link 1]: http://www.hollischuang.com/archives/1230
[Link 2]: http://www.programcreek.com/2013/04/jvm-run-time-data-areas/
[string]: /images/20220615/53f2d24913c04e98b12f665faa8a6791.png