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为什么Java要把字符串设计成不可变的

 刘星石
发布于 2016/03/08 14:37
字数 976
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原文出处: Hollis(@Hollis_Chuang)

String是Java中一个不可变的类,所以他一旦被实例化就无法被修改。不可变类的实例一旦创建,其成员变量的值就不能被修改。不可变类有很多优势。本文总结了为什么字符串被设计成不可变的。将涉及到内存、同步和数据结构相关的知识。

字符串池

字符串池是方法区中的一部分特殊存储。当一个字符串被被创建的时候,首先会去这个字符串池中查找,如果找到,直接返回对该字符串的引用。

下面的代码只会在堆中创建一个字符串

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

下面是图示:

string

如果字符串可变的话,当两个引用指向指向同一个字符串时,对其中一个做修改就会影响另外一个。(请记住该影响,有助于理解后面的内容)

缓存Hashcode

Java中经常会用到字符串的哈希码(hashcode)。例如,在HashMap中,字符串的不可变能保证其hashcode永远保持一致,这样就可以避免一些不必要的麻烦。这也就意味着每次在使用一个字符串的hashcode的时候不用重新计算一次,这样更加高效。

在String类中,有以下代码:

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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。

使其他类的使用更加便利

在介绍这个内容之前,先看以下代码:

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HashSet<String> set =  new  HashSet<String>();
set.add( new  String( "a" ));
set.add( new  String( "b" ));
set.add( new  String( "c" ));
 
for (String a: set)
     a.value =  "a" ;

在上面的例子中,如果字符串可以被改变,那么以上用法将有可能违反Set的设计原则,因为Set要求其中的元素不可以重复。上面的代码只是为了简单说明该问题,其实String类中并没有value这个字段值。

安全性

String被广泛的使用在其他Java类中充当参数。比如网络连接、打开文件等操作。如果字符串可变,那么类似操作可能导致安全问题。因为某个方法在调用连接操作的时候,他认为会连接到某台机器,但是实际上并没有(其他引用同一String对象的值修改会导致该连接中的字符串内容被修改)。可变的字符串也可能导致反射的安全问题,因为他的参数也是字符串。

代码示例:

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boolean  connect(string s){
     if  (!isSecure(s)) {
throw  new  SecurityException();
}
     //如果s在该操作之前被其他的引用所改变,那么就可能导致问题。   
     causeProblem(s);
}

不可变对象天生就是线程安全的

因为不可变对象不能被改变,所以他们可以自由地在多个线程之间共享。不需要任何同步处理。

总之,String被设计成不可变的主要目的是为了安全和高效。所以,使String是一个不可变类是一个很好的设计。

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