Java中的String为什么说是不可变的？

什么是不可变对象？
众所周知， 在Java中， String类是不可变的。那么到底什么是不可变的对象呢？ 可以这样认为：如果一个对象，在它创建完成之后，不能再改变它的状态，那么这个对象就是不可变的。不能改变状态的意思是，不能改变对象内的成员变量，包括基本数据类型的值不能改变，引用类型的变量不能指向其他的对象，引用类型指向的对象的状态也不能改变。

区分对象和对象的引用
对于Java初学者， 对于String是不可变对象总是存有疑惑。看下面代码：

String s = "ABCabc";  
System.out.println("s = " + s);  
  
s = "123456";  
System.out.println("s = " + s);  

打印结果为：
s = ABCabc
s = 123456

首先创建一个String对象s，然后让s的值为“ABCabc”， 然后又让s的值为“123456”。 从打印结果可以看出，s的值确实改变了。那么怎么还说String对象是不可变的呢？ 其实这里存在一个误区： s只是一个String对象的引用，并不是对象本身。对象在内存中是一块内存区，成员变量越多，这块内存区占的空间越大。引用只是一个4字节的数据，里面存放了它所指向的对象的地址，通过这个地址可以访问对象。
也就是说，s只是一个引用，它指向了一个具体的对象，当s=“123456”; 这句代码执行过之后，又创建了一个新的对象“123456”， 而引用s重新指向了这个新的对象，原来的对象“ABCabc”还在内存中存在，并没有改变。

考虑以下代码

        String str1="hello";
        String str2="he";
        String str3="llo";
        String str4="he"+"llo";
        String str5=str2+str3;
        String str6=new String("hello");
        System.out.println("str1 == str4 ?"+(str1==str4) );
        System.out.println("str1 == str5 ?"+(str1==str5) );
        System.out.println("str1 == str6 ?"+(str1==str6) );

如果你有了一点概念，可能在自己心中已经有了输出的答案，而它的输出是

str1 == str4 ?true
str1 == str5 ?false
str1 == str6 ?false

可能与有的人想的答案不太一样，我用我自己的话来解释一下吧，之后的都是别人的博客的分析，我先说说自己的理解。在String直接进行引号赋值的时候，每一个引号里的内容都会在String的常量池中添加一份，比如he、llo、hello都在不同的内存空间中，当你进行引号赋值String时会在常量池中进行查找，如果有就会直接返回当前的地址，没有则会创建（这也是String拼接效率低的原因），所以hello的地址和he+llo得到的地址是同一个，所以str1和str4的引用地址比较相等，而后的两个不等就是因为相加或者构造方法得到的引用都不是直接从常量池找到的地址，而是返回的一个新的对象，开辟了新的空间。所以只要与对象操作有关得到的String与单纯的引号赋值的String的地址都是不一样的（final对象除外）。这是我的理解。

        String str1="hello";
        final String str2="he";
        final String str3="llo";
        String str5=str2+str3;
        System.out.println("str1 == str5 ?"+(str1==str5) );
        //输出  str1 == str5 ?true

还有一个现象，如果一个字符串表达式以字符串开头，那么他之后的所有操作数都是字符串类型（自动转换），所以以下代码结果是不一致的，在字符串类型之前的数值是会进行运算的，而之后的则不会（因为被看成是字符串了）

        String s1=2+3+"";
        String s2=""+2+3;
        String s3=2+3+""+2+3;
        System.out.println("s1 = "+s1);
        System.out.println("s2 = "+s2);
        System.out.println("s3 = "+s3);
        /*输出
			s1 = 5
			s2 = 23
			s3 = 523
		*/

Java和C++的一个不同点是， 在Java中不可能直接操作对象本身，所有的对象都由一个引用指向，必须通过这个引用才能访问对象本身，包括获取成员变量的值，改变对象的成员变量，调用对象的方法等。而在C++中存在引用，对象和指针三个东西，这三个东西都可以访问对象。其实，Java中的引用和C++中的指针在概念上是相似的，他们都是存放的对象在内存中的地址值，只是在Java中，引用丧失了部分灵活性，比如Java中的引用不能像C++中的指针那样进行加减运算。

为什么String对象是不可变的？
要理解String的不可变性，首先看一下String类中都有哪些成员变量。 在JDK1.6中，String的成员变量有以下几个：

public final class String  
    implements java.io.Serializable, Comparable, CharSequence  
{  
    /** The value is used for character storage. */  
    private final char value[];  
  
    /** The offset is the first index of the storage that is used. */  
    private final int offset;  
  
    /** The count is the number of characters in the String. */  
    private final int count;  
  
    /** Cache the hash code for the string */  
    private int hash; // Default to 0  

在JDK1.7中，String类做了一些改动，主要是改变了substring方法执行时的行为，这和本文的主题不相关。JDK1.7中String类的主要成员变量就剩下了两个：

public final class String  
    implements java.io.Serializable, Comparable, CharSequence {  
    /** The value is used for character storage. */  
    private final char value[];  
  
    /** Cache the hash code for the string */  
    private int hash; // Default to 0  

由以上的代码可以看出， 在Java中String类其实就是对字符数组的封装。JDK6中， value是String封装的数组，offset是String在这个value数组中的起始位置，count是String所占的字符的个数。在JDK7中，只有一个value变量，也就是value中的所有字符都是属于String这个对象的。这个改变不影响本文的讨论。 除此之外还有一个hash成员变量，是该String对象的哈希值的缓存，这个成员变量也和本文的讨论无关。在Java中，数组也是对象（可以参考我之前的文章java中数组的特性）。 所以value也只是一个引用，它指向一个真正的数组对象。其实执行了String s = “ABCabc”; 这句代码之后，真正的内存布局应该是这样的：

value，offset和count这三个变量都是private的，并且没有提供setValue， setOffset和setCount等公共方法来修改这些值，所以在String类的外部无法修改String。也就是说一旦初始化就不能修改， 并且在String类的外部不能访问这三个成员。此外，value，offset和count这三个变量都是final的， 也就是说在String类内部，一旦这三个值初始化了， 也不能被改变。所以可以认为String对象是不可变的了。

那么在String中，明明存在一些方法，调用他们可以得到改变后的值。这些方法包括substring， replace， replaceAll， toLowerCase等。例如如下代码：

String a = "ABCabc";  
System.out.println("a = " + a);  
a = a.replace('A', 'a');  
System.out.println("a = " + a);  

打印结果为：
a = ABCabc
a = aBCabc

那么a的值看似改变了，其实也是同样的误区。再次说明， a只是一个引用， 不是真正的字符串对象，在调用a.replace(‘A’, ‘a’)时， 方法内部创建了一个新的String对象，并把这个心的对象重新赋给了引用a。String中replace方法的源码可以说明问题：

读者可以自己查看其他方法，都是在方法内部重新创建新的String对象，并且返回这个新的对象，原来的对象是不会被改变的。这也是为什么像replace， substring，toLowerCase等方法都存在返回值的原因。也是为什么像下面这样调用不会改变对象的值：

String ss = "123456";  
  
System.out.println("ss = " + ss);  
  
ss.replace('1', '0');  
  
System.out.println("ss = " + ss);  

打印结果：
ss = 123456
ss = 123456

String对象真的不可变吗？
从上文可知String的成员变量是private final 的，也就是初始化之后不可改变。那么在这几个成员中， value比较特殊，因为他是一个引用变量，而不是真正的对象。value是final修饰的，也就是说final不能再指向其他数组对象，那么我能改变value指向的数组吗？ 比如将数组中的某个位置上的字符变为下划线“_”。 至少在我们自己写的普通代码中不能够做到，因为我们根本不能够访问到这个value引用，更不能通过这个引用去修改数组。
那么用什么方式可以访问私有成员呢？ 没错，用反射， 可以反射出String对象中的value属性， 进而改变通过获得的value引用改变数组的结构。下面是实例代码：

public static void testReflection() throws Exception {  
      
    //创建字符串"Hello World"， 并赋给引用s  
    String s = "Hello World";   
      
    System.out.println("s = " + s); //Hello World  
      
    //获取String类中的value字段  
    Field valueFieldOfString = String.class.getDeclaredField("value");  
      
    //改变value属性的访问权限  
    valueFieldOfString.setAccessible(true);  
      
    //获取s对象上的value属性的值  
    char[] value = (char[]) valueFieldOfString.get(s);  
      
    //改变value所引用的数组中的第5个字符  
    value[5] = '_';  
      
    System.out.println("s = " + s);  //Hello_World  
}  

打印结果为：
s = Hello World
s = Hello_World

在这个过程中，s始终引用的同一个String对象，但是再反射前后，这个String对象发生了变化， 也就是说，通过反射是可以修改所谓的“不可变”对象的。但是一般我们不这么做。这个反射的实例还可以说明一个问题：如果一个对象，他组合的其他对象的状态是可以改变的，那么这个对象很可能不是不可变对象。例如一个Car对象，它组合了一个Wheel对象，虽然这个Wheel对象声明成了private final 的，但是这个Wheel对象内部的状态可以改变， 那么就不能很好的保证Car对象不可变。

转载自http://blog.csdn.net/zhangjg_blog/article/details/18319521