在java中String类为什么要设计成final？

Posted 2020-09-19 鸭子船长

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我进行了重新排版，并且更换了其中的一个例子，让我们更好理解。

 

String很多实用的特性，比如说“不可变性”，是工程师精心设计的艺术品！艺术品易碎！用final就是拒绝继承，防止世界被熊孩子破坏，维护世界和平！

1. 什么是不可变？

String不可变很简单，如下图，给一个已有字符串"abcd"第二次赋值成"abcedl"，不是在原内存地址上修改数据，而是重新指向一个新对象，新地址。

 

2. String为什么不可变？

 

翻开JDK源码，java.lang.String类起手前三行，是这样写的：

[java] view plain copy

 

1. public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {  
2.     /** String本质是个char数组. 而且用final关键字修饰.*/  
3.     private final char value[];  
4.     ...  
5.     ...  
6. }  

首先String类是用final关键字修饰，这说明String不可继承。再看下面，String类的主力成员字段value是个char[ ]数组，而且是用final修饰的。final修饰的字段创建以后就不可改变。

有的人以为故事就这样完了，其实没有。因为虽然value是不可变，也只是value这个引用地址不可变。挡不住Array数组是可变的事实。Array的数据结构看下图

也就是说Array变量只是stack上的一个引用，数组的本体结构在heap堆。String类里的value用final修饰，只是说stack里的这个叫value的引用地址不可变。没有说堆里array本身数据不可变。看下面这个例子，

 

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1. final int[] value={1,2,3}  
2. int[] another={4,5,6};  
3. value=another;    //编译器报错，final不可变  

 

value用final修饰，编译器不允许我把value指向堆区另一个地址。但如果我直接对数组元素动手，分分钟搞定。

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1. final int[] value={1,2,3};  
2. value[2]=100;  //这时候数组里已经是{1,2,100}  

或者更粗暴的反射直接改，也是可以的。

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1. final int[] array={1,2,3};  
2. Array.set(array,2,100); //数组也被改成{1,2,100}  

所以String是不可变，关键是因为SUN公司的工程师，在后面所有String的方法里很小心的没有去动Array里的元素，没有暴露内部成员字段。

private final char value[]这一句里，private的私有访问权限的作用都比final大。而且设计师还很小心地把整个String设成final禁止继承，避免被其他人继承后破坏。所以String是不可变的关键都在底层的实现，而不是一个final。考验的是工程师构造数据类型，封装数据的功力。

 

3. 不可变有什么好处？

这个最简单的原因，就是为了安全。

示例1

[java] view plain copy

 

1. package _12_01字符串;  
2.   
3. public class 为什么String要设计成不可变类你 {  
4.   
5.     public static void main(String[] args) {  
6.   
7.         String a, b, c;  
8.         a = "test";  
9.         b = a;  
10.         c = b;  
11.         String processA = processA(a);  
12.         String processB = processB(b);  
13.         String processC = processC(c);  
14.         System.out.println(processA);  
15.         System.out.println(processB);  
16.         System.out.println(processC);  
17.     }  
18.       
19.     static String processA(String str){  
20.         return str + "A";  
21.     }  
22.       
23.     static String processB(String str){  
24.         return str + "B";  
25.     }  
26.       
27.     static String processC(String str){  
28.         return str + "C";  
29.     }  
30.   
31. }  
32. //OUTPUT  
33. // testA  
34. //testB  
35. //testC  

当String支持非可变性的时候，它们的值很好确定，不管调用哪个方法，都互不影响。

如果String是可变的，就可能如下例，我们使用StringBuffer来模拟String是可变的

[java] view plain copy

 

1. package _12_01字符串;  
2.   
3. public class 为什么String要设计成不可变类2 {  
4.   
5.     public static void main(String[] args) {  
6.   
7.         StringBuffer a, b, c;  
8.         a = new StringBuffer("test");  
9.         b = a;  
10.         c = b;  
11.         String processA = processA(a);  
12.         String processB = processB(b);  
13.         String processC = processC(c);  
14.         System.out.println(processA);  
15.         System.out.println(processB);  
16.         System.out.println(processC);  
17.     }  
18.       
19.     static String processA(StringBuffer str){  
20.         return str.append("A").toString();  
21.     }  
22.       
23.     static String processB(StringBuffer str){  
24.         return str.append("B").toString();  
25.     }  
26.       
27.     static String processC(StringBuffer str){  
28.         return str.append("C").toString();  
29.     }  
30.   
31. }  
32. //OUTPUT  
33. // testA  
34. //testAB  
35. //testABC  

能看出b=a,c=b;程序员的本意是希望变量是不变的。所以String不可变的安全性就体现在这里。实际上StringBuffer的作用就是起到了String的可变配套类角色。

示例2

再看下面这个HashSet用StringBuilder做元素的场景，问题就更严重了，而且更隐蔽。

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1. class Test{  
2.     public static void main(String[] args){  
3.         HashSet<StringBuilder> hs=new HashSet<StringBuilder>();  
4.         StringBuilder sb1=new StringBuilder("aaa");  
5.         StringBuilder sb2=new StringBuilder("aaabbb");  
6.         hs.add(sb1);  
7.         hs.add(sb2);    //这时候HashSet里是{"aaa","aaabbb"}  
8.   
9.         StringBuilder sb3=sb1;  
10.         sb3.append("bbb");  //这时候HashSet里是{"aaabbb","aaabbb"}  
11.         System.out.println(hs);  
12.     }  
13. }  
14. //Output:  
15. //[aaabbb, aaabbb]  

StringBuilder型变量sb1和sb2分别指向了堆内的字面量"aaa"和"aaabbb"。把他们都插入一个HashSet。到这一步没问题。但如果后面我把变量sb3也指向sb1的地址，再改变sb3的值，因为StringBuilder没有不可变性的保护，sb3直接在原先"aaa"的地址上改。导致sb1的值也变了。这时候，HashSet上就出现了两个相等的键值"aaabbb"。破坏了HashSet键值的唯一性。所以千万不要用可变类型做HashMap和HashSet键值。

 

不可变性支持线程安全

 

还有一个大家都知道，就是在并发场景下，多个线程同时读一个资源，是不会引发竟态条件的。只有对资源做写操作才有危险。不可变对象不能被写，所以线程安全。

不可变性支持字符串常量池

最后别忘了String另外一个字符串常量池的属性。像下面这样字符串one和two都用字面量"something"赋值。它们其实都指向同一个内存地址。

 

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1. String one = "someString";  
2. String two = "someString";  

 

这样在大量使用字符串的情况下，可以节省内存空间，提高效率。但之所以能实现这个特性，String的不可变性是最基本的一个必要条件。要是内存里字符串内容能改来改去，这么做就完全没有意义了。

 

转自：http://blog.csdn.net/u013905744/article/details/52414111