为什么 String 要设计成 final ，又如何设计一个不可变类呢？

​前面聊了聊面试必考 String 的坑，具体可以细看《聊一聊 Java 中的 String 坑》，也留下了一个疑问，为什么 String 要被设计成 final 呢？其实，如果你读的认真的话，前文中其实已经解释了主要的原因。

什么是不可变对象？

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。

如下图，给一个已有字符串"abcd"第二次赋值成"abcdel"，不是在原内存地址修改数据，而是重新指向一个新对象，新地址。

image

String 类不可变性的好处

不知道你注意前文中的一段文字没，“一般来说，字符串的分配和其他对象分配一样，是需要消耗时间和空间的，而且字符串使用的非常多。JVM 为了提高性能和减少内存的开销，在实例化字符串的时候进行了一些优化：使用字符串常量池。每当创建字符串常量时，JVM 会首先检查字符串常量池，如果该字符串已经存在常量池中，那么就直接返回常量池中的实例引用。如果字符串不存在常量池中，就会实例化该字符串并且将其放到常量池中。由于 String 字符串的不可变性，常量池中一定不存在两个相同的字符串。”

只有当字符串是不可变的，字符串池才有可能实现，字符串池的实现可以在运行时节约很多 heap 空间，因为不同的字符串变量都指向池中的同一个字符串。但如果字符串是可变的，那么 String intern 将不能实现，因为这样的话，如果变量改变了它的值，那么其它指向这个值的变量的值也会一起改变。

其次，如果字符串是可变的，那么会引起很严重的安全问题，譬如，数据库的用户名、密码都是以字符串的形式传入来获得数据库的连接，或者在 socket 编程中，主机名和端口都是以字符串的形式传入。因为字符串是不可变的，所以它的值是不可改变的。否则黑客们可以钻到空子，改变字符串指向的对象的值，造成安全漏洞。而正是因为字符串是不可变的，所以是多线程安全的，同一个字符串实例可以被多个线程共享。

另外，基****于效率考虑，因为字符串是不可变的，所以我们可以缓存 String 的 hashcode，不需要重新计算，这就使得字符串很适合作为Map中的键，字符串的处理速度要快过其它的键对象。

String 真的不可变吗？

需要补充一个知识点：当使用 final 修饰基本类型变量时，不能对基本类型变量重新赋值，因此基本类型变量不能被改变。但对于引用类型变量而言，它保存的仅仅是一个引用，final 只保证这个引用变量所引用的地址不会改变，即一直引用同一个对象，但这个对象完全可以发生改变。

前文源码可知 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，它是一个数组变量引用，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？

一般来说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，可以通过反射出获取 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。

image

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。

如何设计一个不可变类

讲了那么多，String 是如何实现不可变的呢，或者说如何实现一个final 类？在有些场景下，我们需要特殊的对象作为 map 的 key，实现这个 key 需要注意什么？

不可变类，可以理解为，只允许读，不允许修改的类，类的对象一旦创建，就不能再进行修改了。

需要遵循以下几个原则：

• Immutable 对象的状态在创建之后就不能发生改变，任何对它的改变都应该产生一个新的对象。

• Immutable类的所有的属性都应该是 final 的。

• 对象必须被正确的创建，比如：对象引用在对象创建过程中不能泄露( leak )。

• 对象应该是 final 的，以此来限制子类继承父类，以避免子类改变了父类的 immutable 特性。

• 如果类中包含 mutable 类对象，那么返回给客户端的时候，返回该对象的一个拷贝，而不是该对象本身, Effective Java 第39条中提到：必要时进行保护性拷贝，总结一句就是：成员变量不要被外部引用直接赋值，而是拷贝之后的赋值。

具体来说，要将一个 Java 类构造成不可变的类，必须执行以下操作：

1、 将类声明为 final，这样就不会重写它。如果可以重写类的话，则可以重写它的方法的行为，因此最安全的选择就是不允许将类子类化。

2、 保证所有成员变量必须私有，并且加上final修饰。通过这种方式保证成员变量不可改变。但只做到这一步还不够，因为如果是对象成员变量有可能再外部改变其值。所以第4点弥补这个不足。

3、 不提供改变成员变量的方法，包括setter，避免通过其他接口改变成员变量的值，破坏不可变特性。

4、 通过构造器初始化所有成员，进行深拷贝(deep copy)，为了保证内部的值不被修改，可以采用深度copy来创建一个新内存保存传入的值。

5、 在getter方法中，不要直接返回对象本身，而是克隆对象，并返回对象的拷贝这种做法也是防止对象外泄，防止通过getter获得内部可变成员对象后对成员变量直接操作，导致成员变量发生改变。

String 还经常遇到的问题就是编码，Java中理论说是一个字符（汉字 字母）占用两个字节。但是在UTF-8的时候 new String("字").getBytes().length 返回的是3 表示3个字节，知道是为什么吗，Java中char占多少字节?下期回答，请继续关注

死磕 Java String 序列文章

《聊一聊 Java 中的 String 坑》