为什么 String 被设计为是不可变的？

为什么 String 被设计为是不可变的？

前言

本章主要讨论为什么 String 被设计为是不可变的？这样设计有什么好处？

《Java 并发编程 78 讲》- 徐隆曦 学习笔记

1.String 是不可变的

在 Java 中，字符串是一个常量，我们一旦创建了一个 String 对象，就无法改变它的值，它的内容也就不可能发生变化（不考虑反射这种特殊行为）。

举个例子，比如我们给字符串 s 赋值为 “csdn”，然后再尝试给它赋一个新值，正如下面这段代码所示：

        String s = "csdn";
        s = "cs";

此时打印输出 s 的值为 “cs”，看起来好像是改变了字符串的值，但其背后实际上是新建了一个新的字符串 “cs”，并且把 s 的引用指向这个新创建出来的字符串 “cs”，原来的字符串对象 “csdn” 保持不变。

同样，如果我们调用 String 的 subString() 或 replace() 等方法，同时把 s 的引用指向这个新创建出来的字符串，这样都没有改变原有字符串对象的内容，因为这些方法只不过是建了一个新的字符串而已。

String 类的部分重要源码：

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    /** The value is used for character storage. */
    private final char value[];
    ...

可以看到 String 内部存储的是一个 char 字符的数组，而且是被 final 和 private 修饰，外部既不能直接访问，也不能被修改。 而且 String 类本身也是被 final 进行修饰，所以想通过继承的方式来修改 value 的值也不可能，因此没有任何人可以通过扩展或者覆盖行为来破坏 String 类的不变性。

这就是 String 具备不变性的原因。

2.String 不可变的好处

存在即合理，我们来看看这样设计的好处。

2.1 字符串常量池

String 不可变的第一个好处是可以使用字符串常量池。在 Java 中有字符串常量池的概念，比如两个字符串变量的内容一样，那么就会指向同一个对象，而不需创建第二个同样内容的新对象，例如：

        String s1="csdn";
        String s2="csdn";

其实 s1 和 s2 背后指向的都是常量池中的同一个“csdn”，如下图所示：

在图中可以看到，左边这两个引用都指向常量池中的同一个 “csdn”，正是因为这样的机制，再加上 String 在程序中的应用是如此广泛，我们就可以节省大量的内存空间。

2.2 用作 HashMap 的 key

String 不可变的第二个好处就是它可以很方便地用作 HashMap （或者 HashSet） 的 key。通常建议把不可变对象作为 HashMap的 key，比如 String 就很合适作为 HashMap 的 key。

对于 key 来说，最重要的要求就是它是不可变的，这样我们才能利用它去检索存储在 HashMap 里面的 value。由于 HashMap 的工作原理是 Hash，也就是散列，所以需要对象始终拥有相同的 Hash 值才能正常运行。如果 String 是可变的，这会带来很大的风险，因为一旦 String 对象里面的内容变了，那么 Hash 码自然就应该跟着变了，若再用这个 key 去查找的话，就找不回之前那个 value 了。

2.3 缓存 HashCode

String 不可变的第三个好处就是缓存 HashCode。

在 Java 中经常会用到字符串的 HashCode，在 String 类中有一个 hash 属性，代码如下：

    /** Cache the hash code for the string */
    private int hash; // Default to 0

这是一个成员变量，保存的是 String 对象的 HashCode。因为 String 是不可变的，所以对象一旦被创建之后，HashCode 的值也就不可能变化了，我们就可以把 HashCode 缓存起来。这样的话，以后每次想要用到 HashCode 的时候，不需要重新计算，直接返回缓存过的 hash 的值就可以了，因为它不会变，这样可以提高效率，所以这就使得字符串非常适合用作 HashMap 的 key。

而对于其他的不具备不变性的普通类的对象而言，如果想要去获取它的 HashCode ，就必须每次都重新算一遍，相比之下，效率就低了。

2.4 线程安全

String 不可变的第四个好处就是线程安全，因为具备不变性的对象一定是线程安全的，我们不需要对其采取任何额外的措施，就可以天然保证线程安全。

由于 String 是不可变的，所以它就可以非常安全地被多个线程所共享，这对于多线程编程而言非常重要，避免了很多不必要的同步操作。

3.总结

本章主要介绍了 String 是不可变的， String 具备不可变性会带来的好处，分别是可以使用字符串常量池、适合作为 HashMap 的 key、缓存 HashCode 以及线程安全。

4.参考

• 《Java 并发编程 78 讲》- 徐隆曦