String 为什么不可变？不可变有什么好处？

落日映苍穹つ 2023-09-29 15:34 11阅读 0赞

## **前言** ##

说到String的不可变性，我猜肯定有同学要说可以通过反射来修改。所以我们在分享之前，在这边先出一个反射的题目，大家看看能不能答对。

## **题目** ##

String name = "jionghui";
    Field field = String.class.getDeclaredField("value");
    field.setAccessible(true);
    char[] value = (char[]) field.get(name);
    value[0] = 'a';
    System.out.println("jionghui" == name);

大家可以思考一下这个题目，我会在文末给出答案和解析。

## **不可变是什么意思** ##

不可变类（immutable）：类的实例一旦创建后，其内容（状态）就不可改变。

简单理解就是：一个对象一旦被创建后，整个对象就是不可变的。包括属任何性和状态。

可能有同学会拿下面这段代码来说，这不是变了吗？

public void testFinal() {
        String str = "程序员囧辉";
        str = "屌丝囧辉";
    }

我们看下第2行代码，这行代码中有两部分组成。

等号左边：一个局部变量 str，类型是 String，这个变量是放在栈上的。

等号右边：一个字符串对象，放在堆中。

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我们说的不可变，指的是字符串对象。

我们通过第3行代码，将这个 str 变量赋值为另一个字符串，对原来的字符串对象是没有任何改变的。

## **final修饰value数组？** ##

![c8cec0d1cc95c0ffc02b2255cebf849a.png][]

我猜有不少同学在回答这个问题的时候，会答说是因为string底层的这个value 数组被 final 修饰，所以 String 不可变，这个说法其实不正确。

我们来看一个例子：

![18ffce216e77a49286e24fa14ec567bb.png][]

这个例子中，我们的 demo 变量使用了 final 修饰，但是我们仍然改变了其内容。所以，final 并不能保证对象的一个不可变性。

## **final修饰变量的含义** ##

基础数据类型：一旦初始化，便不能改变其值。

引用类型：一旦初始化，便不能改变其引用，也就是不能指向一个新的对象，但是仍然可以修改引用指向的对象内容。

## **为什么不可变？** ##

### **1）value使用final修饰** ###

![ee12a47333445a44ae59cedfdc95b4bd.png][]

保证value一旦被初始化，就不可改变其引用。

### **2）没有暴露成员变量** ###

![bc7d363ac9a9b33bfc70c691f0833a1c.png][]

成员变量的访问权限为 private，同时没有提供方法将字段暴露出来，想要修改只能通过 String 提供的方法。

### **3）内部方法不会改动 value** ###

![9a2382291b0c22730ab7f1cc3fbe727a.png][]

一旦初始化之后，String 类中的方法就不会去改动 value 中的元素，需要的话都是直接新建一个 String 对象。

### **4）类使用final修饰，不可继承** ###

![04e00c47a763c3e2a99b56ce51324218.png][]

这个设计主要是避免有人定义一个子类继承 String，然后重写 String 的方法，将这个子类设计成可变对象。我们知道在 java 中，有父类引用指向子类对象这种用法，这种情况下，我们需要一个String 对象，可能返回的是String 子类的对象，这会导致 String 看起来是可变的。所以 java 直接将 String定义成不可继承，避免出现这种情况。

不只是 String 类，其实所有的不可变类大致的设计思想都是按这四步来。后续如果我们自己想要设计一个不可变类，也可以按这四点来设计。

## **不可变的好处？为什么这么设计？** ##

### **1）安全性** ###

String 是 Java 中最基础也是最长使用的类，经常用于存储一些敏感信息，例如用户名、密码、网络连接等。因此，String 类的安全性对于整个应用程序至关重要。

我们来看下面这个例子：

private static void dangerousOperation(MyString myString) throws InterruptedException {
        if (!securityCheck(myString)) {
            System.out.println("校验失败");
            return;
        }
        // 一些七的八的操作
        doSomething();
        // 执行危险操作
        dangerous(myString);
    }

我们通过一个方法来模拟一个危险的一个系统操作。

首先在这个方法的入口会进行一个安全检查。如果检查失败，会直接返回。

然后接着我们会最终去执行这个比较危险的操作。

如果此时这个方法的参数是可变对象，那么它可能在通过安全检查的时候，是一个合法的入参。但是当最终执行到下面的危险操作时，他可能被调用方给修改了，变成一个不合法的参数。但是这个时候他已经通过检查了，所以我们没办法对他进行拦截，最终可能会导致我们的系统被攻击或者存在安全隐患。

### **2）节省空间——字符串常量池** ###

通过使用常量池，内容相同的字符串可以使用同一个对象，从而节省内存空间。如果 String 是可变的，试想一下，当字符串常量池中的某个字符串对象被很多地方引用时，此时修改了这个对象，则所有引用的地方都会改变，这可能会导致预期之外的情况。

典型的使用字符串常量池的场景：json 工具类，fastjson、jackson 等。

### **3）线程安全** ###

String 对象是不可修改的，如果线程尝试修改 String 对象，会创建新的 String，所以不存在并发修改同一个对象的问题。

### **4）性能** ###

String 被广泛应用于 HashMap、HashSet 等哈希类中，当对这些哈希类进行操作时，例如 HashMap 的 get/put，hashCode 会被频繁调用。

由于不可变性，String 的 hashCode 只需要计算1次后就可以缓存起来，因此在哈希类中使用 String 对象可以提升性能。

## **Java 之父的观点** ##

![ee438bc8dc6ea15d50777518b2b81416.png][]

对于不可变性，Java 之父詹姆斯高斯林在一次采访中谈过这个话题，他表示：只要可以，他就会使用不可变性。可以看出他对不可变性的评价非常高。

至于不可变的好处，高斯林主要谈到了几个观点：

1）不可变对象往往更不容易出问题；

2）安全性问题；

3）缓存。

这三点在我们之前的内容里也基本都提到了，原文如下，有兴趣的可以去看一下。

https://www.artima.com/articles/james-gosling-on-java-may-2001\#part13

## **题目答案** ##

**文章开头题目的答案是 true。**

解释：当这段代码被编译之后，这两个被双引号修饰的 jionghui 字符串字面量，由于它们的值是相同的，所以它们会指向同一个符号引用。

当这个符号引用被解析时，我们会在字符串常量池中创建一个 jionghui 字符串。最终这两个字符串字面量都会指向我们字符串常量池里面的这个 jionghui，所以他们其实指向的是同一个字符串对象。

因为他们的引用是相同的，所以这个地方输出结果的是 true。

看过我上一个文章/视频的同学应该不难理解。如果你不理解，或者说你对字符串常量池、符号引用有一些疑问，你可以去看一下我的上一个文章/视频。我在上一个文章/视频里有详解介绍字符串常量池和符号引用的相关内容。

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[IDEA Debug]: https://joonwhee.blog.csdn.net/article/details/124373964
[Java _2021]: http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI5NjY4MDA1NQ==&mid=2247485730&idx=1&sn=9aa6d2dfe240c0377f93d6cccbce58bf&chksm=ec41e63adb366f2c9bd283cbefd5cfc9183897f87a7d814d47ae14e444b79ad8fe10090e5172&scene=21#wechat_redirect
[Java _2021 1]: http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI5NjY4MDA1NQ==&mid=2247485813&idx=1&sn=28adaabfdae80acdf1d931bd4e81f323&chksm=ec41e66ddb366f7b83312f077f07790c6634aa34f260821141ba4467053f97bdf665bb705749&scene=21#wechat_redirect
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[MySQL]: http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI5NjY4MDA1NQ==&mid=2247485226&idx=1&sn=fe9e1dfc991d447e460a00dce9544269&chksm=ec41e832db366124c70e36e2875874dc73d9dca08a463fd71249680e0e708b80b14b27b5fa41&scene=21#wechat_redirect