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String 的不可变真的是因为 final 吗?

开发技术 开发技术 2周前 (04-07) 6次浏览

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String 为啥不可变?因为 String 中的 char 数组被 final 修饰。这套回答相信各位已经背烂了,But 这并不正确!

  • 面试官:讲讲 StringStringBuilderStringBuffer 的区别
  • 我:String 不可变,而 StringBuilderStringBuffer 可变,叭叭叭 ……
  • 面试官:String 为什么不可变?
  • 我:Stringfinal 修饰,这说明 String 不可继承;并且String 中真正存储字符的地方是 char 数组,这个数组被 final 修饰,所以 String 不可变
  • 面试官:String 的不可变真的是因为 final 吗?
  • 我:是…..是的吧
  • 面试官:OK,你这边还有什么问题吗?
  • 我:卒……

什么是不可变?

《Effective Java》中对于不可变对象(Immutable Object)的定义是:对象一旦被创建后,对象所有的状态及属性在其生命周期内不会发生任何变化。这就意味着,一旦我们将一个对象分配给一个变量,就无法再通过任何方式更改对象的状态了。

String 不可变的表现就是当我们试图对一个已有的对象 “abcd” 赋值为 “abcde”,String 会新创建一个对象:

String 的不可变真的是因为 final 吗?

String 为什么不可变?

String 用 final 修饰 char 数组,这个数组无法被修改,这么说确实没啥问题。

String 的不可变真的是因为 final 吗?

但是!!!这个无法被修改仅仅是指引用地址不可被修改(也就是说栈里面的这个叫 value 的引用地址不可变,编译器不允许我们把 value 指向堆中的另一个地址),并不代表存储在堆中的这个数组本身的内容不可变。举个例子:

String 的不可变真的是因为 final 吗?

如果我们直接修改数组中的元素,是完全 OK 的:

String 的不可变真的是因为 final 吗?

那既然我们说 String 是不可变的,那显然仅仅靠 final 是远远不够的

1)首先,char 数组是 private 的,并且 String 类没有对外提供修改这个数组的方法,所以它初始化之后外界没有有效的手段去改变它;

2)其次,String 类被 final 修饰的,也就是不可继承,避免被他人继承后破坏;

3)最重要的!是因为 Java 作者在 String 的所有方法里面,都很小心地避免去修改了 char 数组中的数据,涉及到对 char 数组中数据进行修改的操作全部都会重新创建一个 String 对象。你可以随便翻个源码看看来验证这个说法,比如 substring 方法:

String 的不可变真的是因为 final 吗?

为什么要设计成不可变的呢?

1)首先,字符串常量池的需要

我们来回顾一下字符串常量池的定义:大量频繁的创建字符串,将会极大程度的影响程序的性能。为此,JVM 为了提高性能和减少内存开销,在实例化字符串常量的时候进行了一些优化

  • 为字符串开辟了一个字符串常量池 String Pool,可以理解为缓存区
  • 创建字符串常量时,首先检查字符串常量池中是否存在该字符串
  • 若字符串常量池中存在该字符串,则直接返回该引用实例,无需重新实例化;若不存在,则实例化该字符串并放入池中。

如下面的代码所示,堆内存中只会创建一个 String 对象:

String str1 = "hello";
String str2 = "hello";

System.out.println(str1 == str2) // true 

String 的不可变真的是因为 final 吗?

假设 String 允许被改变,那如果我们修改了 str2 的内容为 good,那么 str1 也会被修改,显然这不是我们想要看见的结果。

2)另外一点也比较容易想到,String 被设计成不可变就是为了安全

作为最基础最常用的数据类型,String 被许多 Java 类库用来作为参数,如果 String 不是固定不变的,将会引起各种安全隐患。

举个例子,我们来看看将可变的字符串 StringBuilder 存入 HashSet 的场景:

String 的不可变真的是因为 final 吗?

我们把可变字符串 s3 指向了 s1 的地址,然后改变 s3 的值,由于 StringBuilder 没有像 String 那样设计成不可变的,所以 s3 就会直接在 s1 的地址上进行修改,导致 s1 的值也发生了改变。于是,糟糕的事情发生了,HashSet 中出现了两个相等的元素,破坏了 HashSet 的不包含重复元素的原则。

另外,在多线程环境下,众所周知,多个线程同时想要修改同一个资源,是存在危险的,而 String 作为不可变对象,不能被修改,并且多个线程同时读同一个资源,是完全没有问题的,所以 String 是线程安全的。

String 真的不可变吗?

想要改变 String 无非就是改变 char 数组 value 的内容,而 value 是私有属性,那么在 Java 中有没有某种手段可以访问类的私有属性呢?

没错,就是反射,使用反射可以直接修改 char 数组中的内容,当然,一般来说我们不这么做。

看下面代码:

String 的不可变真的是因为 final 吗?

总结

总结来说,并不是因为 char 数组是 final 才导致 String 的不可变,而是为了把 String 设计成不可变才把 char 数组设置为 final。下面是一些创建不可变对象的简单策略,当然,也并非所有不可变类都完全遵守这些规则:

  • 不要提供 setter 方法(包括修改字段的方法和修改字段引用对象的方法);
  • 将类的所有字段定义为 final、private 的;
  • 不允许子类重写方法。简单的办法是将类声明为 final,更好的方法是将构造函数声明为私有的,通过工厂方法创建对象;
  • 如果类的字段是对可变对象的引用,不允许修改被引用对象。

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