java基础之String的不可变性

目录

概述

String是如何实现不可变的

String为何设计成不可变的

1.缓存和性能优化

2.安全性

3.线程安全性

4.API设计和预测性能

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概述

String类的不可变性意味着一旦创建了一个字符串对象，它的值就不能被修改。

String是如何实现不可变的

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public final class String implements java.io.Serializable, Comparable, CharSequence {
    // 字符数组value用于存储字符序列
    private final char value[];

    // substring方法返回一个新的String对象
    public String substring(int beginIndex) {
        if (beginIndex < 0 || beginIndex > value.length) {
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(beginIndex);
        }
        int subLen = value.length - beginIndex;
        if (subLen < 0) {
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(subLen);
        }
        return (beginIndex == 0) ? this : new String(value, beginIndex, subLen);
    }

    // concat方法用于连接字符串并返回一个新的String对象
    public String concat(String str) {
        int otherLen = str.length();
        if (otherLen == 0) {
            return this;
        }
        int len = value.length;
        char buf[] = Arrays.copyOf(value, len + otherLen);
        str.getChars(buf, len);
        return new String(buf, true);
    }
}

1.String类被声明为final，这意味着它不能被继承。那么他里面的方法就是没办法被覆盖的。

2.用final修饰字符串内容的char[] (从JDK 1.9开始，char[]变成了byte[])，由于该数组被声明为final，一旦数组被初始化，就不能再指向其他数组

3.String类没有提供用于修改字符串内容的公共方法。例如，没有提供用于追加、删除或修改字符的方法。如儿果需要对字符串进行修改，会创建一个新的String对象。

String为何设计成不可变的

为什么要把String设计成不可变的呢? 有什么好处呢?

这个问题，困扰过很多人，甚至有人直接问过Java的创始人James Gosling。
在一次采访中James Gosling被问到什么时候应该使用不可变变量，他给出的回答是:
I would use an immutable whenever I can(我会尽可能使用不可变的。)

那么，他给出这个答案背后的原因是什么呢? 是基于哪些思考的呢?
其实，主要是从缓存、安全性、线程安全和性能等角度出发的。

1.缓存和性能优化

字符串是使用最广泛的数据结构。大量的字符串的创建是非常耗费资源的，所以，Java提供了对字符串的缓存功能，可以大大的节省堆空间。
JVM中专门开辟了一部分空间来存储Java字符串，那就是字符串池
通过字符串池，两个内容相同的字符串变量，可以从池中指向同一个字符串对象，从而节省了关键的内存资源。

String s="abcd";
String s2=s1;

对于这个例子，s和s2都表示"abcd"，所以他们会指向字符串池中的同一个字符串对象.

但是，之所以可以这么做，主要是因为字符串的不变性。试想一下，如果字符串是可变的，我们一旦修改了s的内容，那必然导致s2的内容也被动的改变了，这显然不是我们想看到的。

缓存HashCode。由于字符串的不可变性，可以将字符串的哈希码（HashCode）缓存起来，这样在多次使用字符串的哈希码时就不需要重新计算，提高了性能。

2.安全性

String对象在Java中广泛用于存储敏感信息，例如密码、数据库连接等。如果String是可变的，那么它的值可以被修改，这可能导致潜在的安全漏洞。通过将String设计为不可变的，可以确保其值在创建后不能被修改，提高了数据的安全性。

3.线程安全性

不可变会自动使字符串成为线程安全的，因为当从多个线程访问它们时，它们不会被更改。
因此，一般来说，不可变对象可以在同时运行的多个线程之间共享。它们也是线程安全的，因为如果线程更改了值，那么将在字符串池中创建一个新的字符串，而不是修改相同的值。因此，字符串对于多线程来说是安全的。

4.API设计和预测性能

String的不可变性使得它的API设计更加简单和一致。在使用String时，我们可以放心地传递和接收String对象，不必担心它的值会被修改。此外，不可变性还使得String的哈希值和相等性判断可以预先计算，提高了这些操作的性能。