為什么Java字符串是不可變對象？
本文主要來介紹一下Java中的不可變對象，以及Java中String類的不可變性，那么為什么Java的String類是不可變對象?讓我們一起來分析一下。
答案一：
最流行的Java面試題之一就是：什么是不可變對象(immutable object)，不可變對象有什么好處，在什么情況下應該用，或者更具體一些，Java的String類為什么要設成immutable類型?
不可變對象，顧名思義就是創建后不可以改變的對象，典型的例子就是Java中的String類。
- String s = "ABC";
- s.toLowerCase();
如上s.toLowerCase()并沒有改變“ABC“的值，而是創建了一個新的String類“abc”，然后將新的實例的指向變量s。
相對于可變對象，不可變對象有很多優勢：
1).不可變對象可以提高String Pool的效率和安全性。如果你知道一個對象是不可變的，那么需要拷貝這個對象的內容時，就不用復制它的本身而只是復制它的地址，復制地址(通常一個指針的大小)需要很小的內存效率也很高。對于同時引用這個“ABC”的其他變量也不會造成影響。
2).不可變對象對于多線程是安全的，因為在多線程同時進行的情況下，一個可變對象的值很可能被其他進程改變，這樣會造成不可預期的結果，而使用不可變對象就可以避免這種情況。
當然也有其他方面原因，但是Java把String設成immutable最大的原因應該是效率和安全。
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答案二：
這是一個老生常談的話題(This is an old yet still popular question). 在Java中將String設計成不可變的是綜合考慮到各種因素的結果,想要理解這個問題,需要綜合內存,同步,數據結構以及安全等方面的考慮. 在下文中,我將為各種原因做一個小結。
1. 字符串常量池的需要
字符串常量池(String pool, String intern pool, String保留池) 是Java堆內存中一個特殊的存儲區域, 當創建一個String對象時,假如此字符串值已經存在于常量池中,則不會創建一個新的對象,而是引用已經存在的對象。
如下面的代碼所示,將會在堆內存中只創建一個實際String對象.
- String s1 = "abcd";
- String s2 = "abcd";
示意圖如下所示:
請思考: 假若代碼如下所示，s1和s2還會指向同一個實際的String對象嗎?假若字符串對象允許改變,那么將會導致各種邏輯錯誤,比如改變一個對象會影響到另一個獨立對象. 嚴格來說，這種常量池的思想,是一種優化手段.
- String s1= "ab" + "cd";
- String s2= "abc" + "d";
也許這個問題違反新手的直覺, 但是考慮到現代編譯器會進行常規的優化, 所以他們都會指向常量池中的同一個對象. 或者,你可以用 jd-gui 之類的工具查看一下編譯后的class文件.
2. 允許String對象緩存HashCode
Java中String對象的哈希碼被頻繁地使用, 比如在hashMap 等容器中。
字符串不變性保證了hash碼的唯一性,因此可以放心地進行緩存.這也是一種性能優化手段,意味著不必每次都去計算新的哈希碼. 在String類的定義中有如下代碼:
private int hash;//用來緩存HashCode
3. 安全性
String被許多的Java類(庫)用來當做參數,例如 網絡連接地址URL,文件路徑path,還有反射機制所需要的String參數等, 假若String不是固定不變的,將會引起各種安全隱患。
假如有如下的代碼:
- boolean connect(string s){
- if (!isSecure(s)) {
- throw new SecurityException();
- }
- // 如果在其他地方可以修改String,那么此處就會引起各種預料不到的問題/錯誤
- causeProblem(s);
- }
總體來說, String不可變的原因包括 設計考慮,效率優化問題,以及安全性這三大方面. 事實上,這也是Java面試中的許多 “為什么” 的答案。
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答案三：String類不可變性的好處
String是所有語言中最常用的一個類。我們知道在Java中，String是不可變的、final的。Java在運行時也保存了一個字符串池(String pool)，這使得String成為了一個特別的類。
String類不可變性的好處
1.只有當字符串是不可變的，字符串池才有可能實現。字符串池的實現可以在運行時節約很多heap空間，因為不同的字符串變量都指向池中的同一個字符串。但如果字符串是可變的，那么String interning將不能實現(譯者注：String interning是指對不同的字符串僅僅只保存一個，即不會保存多個相同的字符串。)，因為這樣的話，如果變量改變了它的值，那么其它指向這個值的變量的值也會一起改變。
2.如果字符串是可變的，那么會引起很嚴重的安全問題。譬如，數據庫的用戶名、密碼都是以字符串的形式傳入來獲得數據庫的連接，或者在socket編程中，主機名和端口都是以字符串的形式傳入。因為字符串是不可變的，所以它的值是不可改變的，否則黑客們可以鉆到空子，改變字符串指向的對象的值，造成安全漏洞。
3.因為字符串是不可變的，所以是多線程安全的，同一個字符串實例可以被多個線程共享。這樣便不用因為線程安全問題而使用同步。字符串自己便是線程安全的。
4.類加載器要用到字符串，不可變性提供了安全性，以便正確的類被加載。譬如你想加載java.sql.Connection類，而這個值被改成了myhacked.Connection，那么會對你的數據庫造成不可知的破壞。
5.因為字符串是不可變的，所以在它創建的時候hashcode就被緩存了，不需要重新計算。這就使得字符串很適合作為Map中的鍵，字符串的處理速度要快過其它的鍵對象。這就是HashMap中的鍵往往都使用字符串。
以上就是我總結的Java字符串不可變性的好處，希望對你有所幫助。
