Java String类为什么不可变?

原文地址:# Why String is immutable in Java?

众所周知,String类在Java中是不可变的。不可变类简单地说是实例不可修改的类。对于一个实例创建后,其初始化的时候所有的信息都不能被修改。不可变类有很多的好处,本文简述为什么String类要设计成不可变类。本文将从内存,同步性,数据结构的角度说明不变性的概念。

1.字符串常量池的需要

String常量池是方法区的一个特殊的储存区。当新建一个字符串的时候,如果此字符串在常量池中早已存在,会返回一个已经存在字符串的引用,而不是新建一个对象。
以下代码展示了只会在堆内存(String常量池就是位于堆内存中)中创建一个String对象。

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

来张图生动地解释下:



最后,设想一下,如果String可变,那么用某个引用一旦改变了字符串的值将会导致其他引用指向错误的值。

2.缓存 Hashcode

字符串的hashcode在Java中频繁地使用,比如在HashMap 或者 HashSet。hashcode始终相同成为了字符串不变的保证,所以可以在操作的时候可以不必担心改变。这也就意味着,不用每次使用的时候都要计算其hashcode,这样更高效。
在String类中,有如下代码:

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

3.使其他对象使用更加方便

来具体地解释下,看下方代码:

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";

设想一下,如果String可变(也就是添加后,再去改变字符串的值),那么将会违反Set集合的规则(元素不能重复)。
当然了,上方代码只是示范作用,String类中没有value属性。

4.安全

String类在Java很多类中被广泛的使用(作为方法的参数),比如网络连接,打开文件等操作。
如果String类可变,某个连接或者文件会可能被改变,这可能会导致严重的安全威胁。在反射的时候,不稳定的字符串也可能造成安全问题。
代码如下:

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.不可变的对象是线程安全的

因不可变对象的不能被改变的特性,所以其可以在多线程中自由的共享。这也消除了进行同步的需求。
总的来说,String被设计成不可变主要是考虑到效率与安全方面。这两点也是不可变类在很多情况下更受欢迎的原因。

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