為什麼Java字串是不可變對象？

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轉自 http://developer.51cto.com/art/201503/468905.htm

本文主要來介紹一下Java中的不可變對象，以及Java中String類的不可變性，那麼為什麼Java的String類是不可變對象?讓我們一起來分析一下。

答案一：

最流行的Java面試題之一就是：什麼是不可變對象(immutable object)，不可變對象有什麼好處，在什麼情況下應該用，或者更具體一些，Java的String類為什麼要設成immutable類型?

不可變對象，顧名思義就是建立後不可以改變的對象，典型的例子就是Java中的String類。

1. String s = "ABC"; s.toLowerCase(); 

    

如上s.toLowerCase()並沒有改變“ABC“的值，而是建立了一個新的String類“abc”，然後將新的執行個體的指向變數s。

相對於可變對象，不可變對象有很多優勢：

1).不可變對象可以提高String Pool的效率和安全性。如果你知道一個對象是不可變的，那麼需要拷貝這個對象的內容時，就不用複製它的本身而只是複製它的地址，複製地址(通常一個指標的大小)需要很小的記憶體效率也很高。對於同時引用這個“ABC”的其他變數也不會造成影響。

2).不可變對象對於多線程是安全的，因為在多線程同時進行的情況下，一個可變對象的值很可能被其他進程改變，這樣會造成不可預期的結果，而使用不可變對象就可以避免這種情況。

當然也有其他方面原因，但是Java把String設成immutable最大的原因應該是效率和安全。

 

答案二：

這是一個老生常談的話題(This is an old yet still popular question). 在Java中將String設計成不可變的是綜合考慮到各種因素的結果,想要理解這個問題,需要綜合記憶體,同步,資料結構以及安全等方面的考慮. 在下文中,我將為各種原因做一個小結。

1. 字串常量池的需要

字串常量池(String pool, String intern pool, String保留池) 是Java堆記憶體中一個特殊的儲存地區, 當建立一個String對象時,假如此字串值已經存在於常量池中,則不會建立一個新的對象,而是引用已經存在的對象。

如下面的代碼所示,將會在堆記憶體中只建立一個實際String對象.

1. String s1 = "abcd"; String s2 = "abcd"; 

    

如下所示:

 

 

 

 

請思考: 假若代碼如下所示，s1和s2還會指向同一個實際的String對象嗎?假若字串對象允許改變,那麼將會導致各種邏輯錯誤,比如改變一個對象會影響到另一個獨立對象. 嚴格來說，這種常量池的思想,是一種最佳化手段.

1. String s1= "ab" + "cd"; String s2= "abc" + "d"; 

    

也許這個問題違反新手的直覺, 但是考慮到現代編譯器會進行常規的最佳化, 所以他們都會指向常量池中的同一個對象. 或者,你可以用 jd-gui 之類的工具查看一下編譯後的class檔案.

2. 允許String對象緩衝HashCode

Java中String對象的雜湊碼被頻繁地使用, 比如在hashMap 等容器中。

字串不變性保證了hash碼的唯一性,因此可以放心地進行緩衝.這也是一種效能最佳化手段,意味著不必每次都去計算新的雜湊碼. 在String類的定義中有如下代碼:

private int hash;//用來緩衝HashCode

3. 安全性

String被許多的Java類(庫)用來當做參數,例如 網路連接地址URL,檔案路徑path,還有反射機制所需要的String參數等, 假若String不是固定不變的,將會引起各種安全隱患。

假如有如下的代碼:

1. boolean connect(string s){  if (!isSecure(s)) {  throw new SecurityException();  }  // 如果在其他地方可以修改String,那麼此處就會引起各種預料不到的問題/錯誤  causeProblem(s);  } 

    

總體來說, String不可變的原因包括 設計考慮,效率最佳化問題,以及安全性這三大方面. 事實上,這也是Java面試中的許多 “為什麼” 的答案。

 

答案三：String類不可變性的好處

String是所有語言中最常用的一個類。我們知道在Java中，String是不可變的、final的。Java在運行時也儲存了一個字串池(String pool)，這使得String成為了一個特別的類。

String類不可變性的好處

1.只有當字串是不可變的，字串池才有可能實現。字串池的實現可以在運行時節約很多heap空間，因為不同的字串變數都指向池中的同一個字串。但如果字串是可變的，那麼String interning將不能實現(譯者註：String interning是指對不同的字串僅僅只儲存一個，即不會儲存多個相同的字串。)，因為這樣的話，如果變數改變了它的值，那麼其它指向這個值的變數的值也會一起改變。

2.如果字串是可變的，那麼會引起很嚴重的安全問題。譬如，資料庫的使用者名稱、密碼都是以字串的形式傳入來獲得資料庫的串連，或者在socket編程中，主機名稱和連接埠都是以字串的形式傳入。因為字串是不可變的，所以它的值是不可改變的，否則駭客們可以鑽到空子，改變字串指向的對象的值，造成安全性漏洞。

3.因為字串是不可變的，所以是多安全執行緒的，同一個字串執行個體可以被多個線程共用。這樣便不用因為安全執行緒問題而使用同步。字串自己便是安全執行緒的。

4.類載入器要用到字串，不可變性提供了安全性，以便正確的類被載入。譬如你想載入java.sql.Connection類，而這個值被改成了myhacked.Connection，那麼會對你的資料庫造成不可知的破壞。

5.因為字串是不可變的，所以在它建立的時候hashcode就被緩衝了，不需要重新計算。這就使得字串很適合作為Map中的鍵，字串的處理速度要快過其它的鍵對象。這就是HashMap中的鍵往往都使用字串。

以上就是我總結的Java字串不可變性的好處，希望對你有所協助。

為什麼Java字串是不可變對象？