Java String 真的是不可变的吗

前言

这两天在看Java面试相关的一些问题，很偶然也很幸运的看到了下面这篇文章。
http://blog.csdn.net/zhangjg_blog/article/details/18319521

这篇文章的作者有一系列关于Java深入学习的文章，很值得一看，个人觉得非常好，很有收获。

看完那篇文章有一段评论让我很有感触。忍不住写了点代码做了下测试，加以验证。

起因

正如我们所理解的，通过

String hello = "Hello World!";

和

String xx = new String("Hello World!");

得到的字符串对象是不一样的，new方式是在堆空间中创建的，而直接的字符串则是先被放到常量池中。如果有新的与之一样的对象被创建，则直接让这个新对象引用常量池中的这个地址即可。

这样的好处就是可以最大限度的节省内存空间。

而使用new方式创建的则就不一样了，只要是用了new创建字符串，就会在堆空间中开辟出一块内存，然后返回这个内存地址的引用。所以这样创建的对象，即使内容一致，也不会是指向同一个内存地址。

下面用几个简单的代码做下测试。

/**
*字符串中对于内容和地址的判定可以用下面两种方式，但侧重点不一样。
*/
equals  // 判断 两个字符串的内容是否一致
==      // 判断两个字符串的内存地址是否一致

且看下面的代码：

public static void simple() {
        String s1 = "Hello World!";
        String s2 = "Hello World!";
        String s3 = new String("Hello World!");
        String s4 = new String("Hello World!");

        // 下面开始比较引用和内容的比较
        System.out.println("字符串赋值方式：");
        System.out.println(s1==s2);
        System.out.println(s1.equals(s2));

        System.out.println("\n字符串赋值方式和new方式：");
        System.out.println(s1==s3);
        System.out.println(s1.equals(s3));

        System.out.println("\nnew 方式：");
        System.out.println(s3==s4);
        System.out.println(s3.equals(s4));
    }

得到的结果如下：

字符串赋值方式：
true
true

字符串赋值方式和new方式：
false
true

new 方式：
false
true

结果却是和我们所说的那样。

深入源码

不出所料，String确实是“不可变的”，每次改变底层其实都是创建了一个心的字符串对象，然后赋予了新值。
为什么会这样呢？我们也许可以在源码中找到真相。

哦，原来Java对于String类只是维护了一个final类型的字符数组啊。怪不得赋值之后就不能改变了呢。

但是也许你会有疑问，咦，不对啊，“我经常使用String的什么replace方法改变字符串的内容啊。你这则么解释呢？”

其实答案还是那样，它真的没变，我们并没有看到事情的真相，相信看完下面的源码，你就明白了。

/**
     * Returns a string resulting from replacing all occurrences of
     * {@code oldChar} in this string with {@code newChar}.
     * 

     * If the character {@code oldChar} does not occur in the
     * character sequence represented by this {@code String} object,
     * then a reference to this {@code String} object is returned.
     * Otherwise, a {@code String} object is returned that
     * represents a character sequence identical to the character sequence
     * represented by this {@code String} object, except that every
     * occurrence of {@code oldChar} is replaced by an occurrence
     * of {@code newChar}.
     * 

     * Examples:
     * 
     * "mesquite in your cellar".replace('e', 'o')
     *         returns "mosquito in your collar"
     * "the war of baronets".replace('r', 'y')
     *         returns "the way of bayonets"
     * "sparring with a purple porpoise".replace('p', 't')
     *         returns "starring with a turtle tortoise"
     * "JonL".replace('q', 'x') returns "JonL" (no change)
     * 
     *
     * @param   oldChar   the old character.
     * @param   newChar   the new character.
     * @return  a string derived from this string by replacing every
     *          occurrence of {@code oldChar} with {@code newChar}.
     */
    public String replace(char oldChar, char newChar) {
        if (oldChar != newChar) {
            int len = value.length;
            int i = -1;
            char[] val = value; /* avoid getfield opcode */

            while (++i < len) {
                if (val[i] == oldChar) {
                    break;
                }
            }
            if (i < len) {
                char buf[] = new char[len];
                for (int j = 0; j < i; j++) {
                    buf[j] = val[j];
                }
                while (i < len) {
                    char c = val[i];
                    buf[i] = (c == oldChar) ? newChar : c;
                    i++;
                }
                return new String(buf, true);
            }
        }
        return this;
    }

源码中很明确的使用了

new String(buf, true);

的方式返回给调用者新对象了。

真的不可变吗？

读到上面的内容，其实基本上已经够了。但是了解一下更深层次的内容，相信对我们以后编程来说会更好。
源码中清楚的使用char[] value来盛装外界的字符串数据。也就是说字符串对象的不可变的特性，其实是源自value数组的final特性。

那么我们可以这么想，我们不改变String的内容，而是转过头来改变value数组的内容（可以通过反射的方式来修改String对象中的private属性的value），结果会怎样呢？

答案是真的会变哦。

可以先看下下面的代码

private static void deep() throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {
        String hello = "Hello World!";
        String xx = new String("Hello World!");
        String yy = "Hello World!";

        /**
         * 判断字符串是否相等，默认以内存引用为标准
         */
        System.out.println(hello == xx);
        System.out.println(hello == yy);
        System.out.println(xx == yy);

        // 查看hello, xx, yy 三者所指向的value数组的真实位置
        Field hello_field = hello.getClass().getDeclaredField("value");
        hello_field.setAccessible(true);
        char[] hello_value = (char[]) hello_field.get(hello);
        System.out.println( hello_field.get(hello));

        Field xx_field = xx.getClass().getDeclaredField("value");
        xx_field.setAccessible(true);
        char[] xx_value = (char[]) xx_field.get(xx);
        System.out.println(xx_field.get(xx));

        Field yy_field = yy.getClass().getDeclaredField("value");
        yy_field.setAccessible(true);
        char[] yy_value = (char[]) yy_field.get(yy);
        System.out.println(yy_field.get(yy));
        /**
         * 经过反射获取到这三个字符串对象的最底层的引用数组value，发现如果一开始内容一致的话，java底层会将创建的字符串对象指向同一个字符数组
         * 
         */

        // 通过反射修改字符串引用的value数组
        Field field = hello.getClass().getDeclaredField("value");
        field.setAccessible(true);
        char[] value = (char[]) field.get(hello);
        System.out.println(value);
        value[5] = '^';
        System.out.println(value);

        // 验证xx是否被改变
        System.out.println(xx);
    }

结果呢？

false
true
false
[C@6d06d69c
[C@6d06d69c
[C@6d06d69c
Hello World!
Hello^World!
Hello^World!

真的改变了。

而我们也可以发现，hello，xx, yy最终都指向了内存中的同一个value字符数组。这也说明了Java在底层做了足够强的优化处理。

当创建了一个字符串对象时，底层会对应一个盛装了相应内容的字符数组；此时如果又来了一个同样的字符串，对于value数组直接获取刚才的那个引用即可。（相信我们都知道，在Java中数组其实也是一个对象类型的数据，这样既不难理解了）。

不管是字符串直接引用方式，还是new一个新的字符串的方式，结果都是一样的。它们内部的字符数组都会指向内存中同一个“对象”（value字符数组）。

总结

稍微有点乱，但是从这点我们也可以看出String的不可变性其实仍旧是对外界而言的。在最底层，Java把这一切都给透明化了。我们只需要知道String对象有这点特性，就够了。

其他的，日常应用来说，还是按照String对象不可变来使用即可。