java中String类设计成不可变的原因

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"abced",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？从原理上分析。

    翻开JDK源码，java.lang.String类起手前三行，是这样写的：

public final class String implements Serializable, Comparable, CharSequence {
    private final char[] value;
    private int hash;

首先，String类是用final关键字修饰，这说明String不可继承。
其次，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是不可变的，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。

    也就是说Array变量只是stack上的一个引用，数据的本体结构在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。看这个这个例子，

final int[] value={1,2,3}

int[] another={4,5,6};

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。但如果直接对数组元素动手，分分钟搞定。

final int[] value={1,2,3};

value[2]=100;//这时候数组里已经是{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的方法里很小心地没有去动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反整个String设计成final禁止继承，避免被其他人继承后破坏。所以String是不可变的关键在于底层的实现，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.不可变好处：安全与高效

    3.1 多线程安全性

    这个最简单的原因，就是为了安全。看下面这个场景，一个函数appendStr()在不可变的String参数后面加上一段“bbb”后返回。appendSb()负责在可变的StringBuilder后面加"bbb"。

public class Test {
    //不可变的String
    public static String appendStr(String s) {

        s += "bbb";

        return s;

    }


    //可变的StringBuilder
    public static StringBuilder appendSb(StringBuilder sb) {

        return sb.append("bbb");

    }


    public static void main(String[] args) {

        String s = new String("aaa");

        String ns = Test.appendStr(s);

        System.out.println("String aaa>>>" + s.toString());


        //StringBuilder做参数
        StringBuilder sb = new StringBuilder("aaa");

        StringBuilder nsb = Test.appendSb(sb);

        System.out.println("StringBuilder aaa >>>" + sb.toString());

    }

}

如果程序员不小心像上面例子里，直接在传进来的参数上加上“bbb”.因为Java对象参数传的是引用，所有可变的StringBuffer参数就被改变了。可以看到变量sb在Test.appendSb(sb)操作之后，就变成了"aaabbb"。有的时候这可能不是程序员的本意。所以String不可变的安全性就体现在这里。
再看下面这个HashSet用StrinbBuilder做元素的场景，问题就更严重了，而且更为隐蔽。

public static void main(String[] args) {
        HashSet hs = new HashSet();

        StringBuilder sb1 = new StringBuilder("aaa");

        StringBuilder sb2 = new StringBuilder("aaabbb");

        hs.add(sb1);

        hs.add(sb2); //这时候HashSet里是{"aaa","aaabbb"}


        StringBuilder sb3 = sb1;

        sb3.append("bbb");//这时候HashSet里是{"aaabbb","aaabbb"}

        System.out.println(hs);
    }

StringBuilder型变量sb1和sb2分别指向了堆内的字面量“aaa”和"aaabbb"。把它们都插入一个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，HashsSet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。

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，是不会引发竞态条件的。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。

3.2、类加载中体现的安全性

类加载器要用到字符串，不可变性提供了安全性，以便正确的类被加载。譬如你想加载java.sql.Connection类，而这个值被改成了hacked.Connection，那么会对你的数据库造成不可知的破坏。

最后别忘了String另外一个字符串常量池的属性。像下面这样的字符串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。

3.3、使用常量池节省空间

String one = "someString";

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的不可变是最基本的必要条件。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。

   补充说明：不可变对象天生就是线程安全的

     因为不可变对象不能被改变，所以他们可以自由地在多个线程之间共享。不需要任何同步处理。

     String被设计成不可变的主要目的是为了安全和高效。所以，使String是一个不可变类是一个很好的设计。

4、不可变带来的缺点

    不可变对象也有一个缺点就是会制造大量垃圾，由于他们不能被重用而且对于它们的使用就是”用“然后”扔“，字符串就是一个典型的例子，它会创造很多的垃圾，给垃圾收集带来很大的麻烦。当然这只是个极端的例子，合理的使用不可变对象会创造很大的价值。

    密码应该存放在字符数组中而不是String中

    由于String在Java中是不可变的，如果你将密码以明文的形式保存成字符串，那么它将一直留在内存中，直到垃圾收集器把它清除。而由于字符串被放在字符串缓冲池中以方便重复使用，所以它就可能在内存中被保留很长时间，而这将导致安全隐患，因为任何能够访问内存(memory dump内存转储)的人都能清晰的看到文本中的密码，这也是为什么你应该总是使用加密的形式而不是明文来保存密码。由于字符串是不可变的，所以没有任何方式可以修改字符串的值，因为每次修改都将产生新的字符串，然而如果你使用char[]来保存密码，你仍然可以将其中所有的元素都设置为空或者零。所以将密码保存到字符数组中很明显的降低了密码被窃取的风险。

    当然只使用字符数组也是不够的，为了更安全你需要将数组内容进行转化。 建议使用哈希的或者是加密过的密码而不是明文，然后一旦完成验证，就将它从内存中清除掉。

    参考：

    https://blog.csdn.net/qingmengwuhen1/article/details/52175303

    http://www.importnew.com/18326.html