为什么Java中的字符串是不可变的

原文 Why String is immutable in Java?

在java里String是不可变的。一个不可变的对象是一个简单的类，它的实例不会被修改。当一个不可变的类的实例被创建时，所有的信息已经在实例中被初始化了，而且这些信息不能被修改。 不可变的类有很多优势。本文总结了为什么String被设计为不可变的，分别从内存，同步和数据结构三个方面进行了说明。

1. 字符串池

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字符串池是方法区中的一个特殊存储区。当一个字符串被创建的时候，如果字符串池中已经存在这个字符串值，就直接返回已存在字符串的引用，否则，就创建一个新的字符串到字符串池中。

下面代码将只会在堆中创建一个字符串对象：

String string1 = "abcd";
String string2 = "abcd";

如图所示：

java-string-pool.jpeg

如果字符串是可变的，改变引用的字符串将会导致其他引用此字符串是错误的。

2. 缓存Hashcode

在java中经常使用字符串的哈希码。例如：在HashMap 或HashSet 中，字符串的不可变性，保证了哈希码是一致的，从而不必担心哈希码会改变。这意味着，每次使用哈希码都不必重新计算一次。这样，会更加高效。

在String类中，有如下代码：

private int hash;//this is used to cache hash code.

以上代码中hash变量中就保存了一个String对象的hashcode，因为String类不可变，所以一旦对象被创建，该hash值也无法改变。所以，每次想要使用该对象的hashcode的时候，直接返回即可。

3. 使其他类的使用更加方便

为了说明这一点，请看以下代码：

HashSet set = new HashSet();
set.add(new String("a"));
set.add(new String("b"));
set.add(new String("c"));

for(String a: set)
      a.value = "a";

在这个例子中，如果String是可变的，它的值改变将会违反set的设计（set中包含了不重复的元素）。当然，以上代码仅仅是个演示，实际String类中，并没有value字段。

4.安全

在许多java类中，字符串被广泛使用为参数。比如：网络连接，打开文件等。如果字符串是可变的，则一个连接或文件将被更改，这可能会导致严重的安全威胁。该方法认为它连接到一台机器，但可能并没有。可变的字符串可能在反射中也会造成安全问题，因为它的参数是字符串。

代码示例：

boolean connect(string s){
    if (!isSecure(s)) { 
    throw new SecurityException(); 
    }
        //here will cause problem, if s is changed before this by     using other references.    
        causeProblem(s);
}

5.不可变的对象，自然是线性安全的

因为不可变对象不能被更改，因此可以在多个线程之间自由共享。不需要任何同步处理。

总之，把字符串设计成不可变的，主要目的是为了高效和安全。这也是为什么许多情况下更偏爱选择不可变的类的原因。