在java中String类为什么要设计成final?

String很多实用的特性,比如说“不可变性”,是工程师精心设计的艺术品!艺术品易碎!用final就是拒绝继承,防止世界被熊孩子破坏,维护世界和平!

1. 什么是不可变?

String不可变很简单,如下图,给一个已有字符串"abcd"第二次赋值成"abcedl",不是在原内存地址上修改数据,而是重新指向一个新对象,新地址。

2. String为什么不可变?

翻开JDK源码,java.lang.String类起手前三行,是这样写的:

public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {/** String本质是个char数组. 而且用final关键字修饰.*/private final char value[];	...	...}

首先String类是用final关键字修饰,这说明String不可继承。再看下面,String类的主力成员字段value是个char[ ]数组,而且是用final修饰的。final修饰的字段创建以后就不可改变。 有的人以为故事就这样完了,其实没有。因为虽然value是不可变,也只是value这个引用地址不可变。挡不住Array数组是可变的事实。Array的数据结构看下图

也就是说Array变量只是stack上的一个引用,数组的本体结构在heap堆。String类里的value用final修饰,只是说stack里的这个叫value的引用地址不可变。没有说堆里array本身数据不可变。看下面这个例子,

final int[] value={1,2,3}int[] another={4,5,6};value=another;    //编译器报错,final不可变

value用final修饰,编译器不允许我把value指向堆区另一个地址。但如果我直接对数组元素动手,分分钟搞定。

final int[] value={1,2,3};value[2]=100;  //这时候数组里已经是{1,2,100}

或者更粗暴的反射直接改,也是可以的。

final int[] array={1,2,3};Array.set(array,2,100); //数组也被改成{1,2,100}

所以String是不可变,关键是因为SUN公司的工程师,在后面所有String的方法里很小心的没有去动Array里的元素,没有暴露内部成员字段。

private final char value[]这一句里,private的私有访问权限的作用都比final大。而且设计师还很小心地把整个String设成final禁止继承,避免被其他人继承后破坏。所以String是不可变的关键都在底层的实现,而不是一个final。考验的是工程师构造数据类型,封装数据的功力。

3. 不可变有什么好处?

这个最简单的原因,就是为了安全。

示例1

package _12_01字符串;public class 为什么String要设计成不可变类你 {	public static void main(String[] args) {		String a, b, c;		a = "test";		b = a;		c = b;		String processA = processA(a);		String processB = processB(b);		String processC = processC(c);		System.out.println(processA);		System.out.println(processB);		System.out.println(processC);	}
	static String processA(String str){		return str + "A";	}
	static String processB(String str){		return str + "B";	}
	static String processC(String str){		return str + "C";	}}//OUTPUT// testA//testB//testC

当String支持非可变性的时候,它们的值很好确定,不管调用哪个方法,都互不影响。

如果String是可变的,就可能如下例,我们使用StringBuffer来模拟String是可变的

package _12_01字符串;public class 为什么String要设计成不可变类2 {	public static void main(String[] args) {		StringBuffer a, b, c;		a = new StringBuffer("test");		b = a;		c = b;		String processA = processA(a);		String processB = processB(b);		String processC = processC(c);		System.out.println(processA);		System.out.println(processB);		System.out.println(processC);	}
	static String processA(StringBuffer str){		return str.append("A").toString();	}
	static String processB(StringBuffer str){		return str.append("B").toString();	}
	static String processC(StringBuffer str){		return str.append("C").toString();	}}//OUTPUT// testA//testAB//testABC

能看出b=a,c=b;程序员的本意是希望变量是不变的。所以String不可变的安全性就体现在这里。实际上StringBuffer的作用就是起到了String的可变配套类角色。

示例2

再看下面这个HashSet用StringBuilder做元素的场景,问题就更严重了,而且更隐蔽。

class Test{public static void main(String[] args){HashSet<StringBuilder> hs=new HashSet<StringBuilder>();StringBuilder sb1=new StringBuilder("aaa");StringBuilder sb2=new StringBuilder("aaabbb");hs.add(sb1);hs.add(sb2);    //这时候HashSet里是{"aaa","aaabbb"}StringBuilder sb3=sb1;sb3.append("bbb");  //这时候HashSet里是{"aaabbb","aaabbb"}System.out.println(hs);}}//Output://[aaabbb, aaabbb]

StringBuilder型变量sb1和sb2分别指向了堆内的字面量"aaa"和"aaabbb"。把他们都插入一个HashSet。到这一步没问题。但如果后面我把变量sb3也指向sb1的地址,再改变sb3的值,因为StringBuilder没有不可变性的保护,sb3直接在原先"aaa"的地址上改。导致sb1的值也变了。这时候,HashSet上就出现了两个相等的键值"aaabbb"。破坏了HashSet键值的唯一性。所以千万不要用可变类型做HashMap和HashSet键值。

不可变性支持线程安全

还有一个大家都知道,就是在并发场景下,多个线程同时读一个资源,是不会引发竟态条件的。只有对资源做写操作才有危险。不可变对象不能被写,所以线程安全。

不可变性支持字符串常量池

最后别忘了String另外一个字符串常量池的属性。像下面这样字符串one和two都用字面量"something"赋值。它们其实都指向同一个内存地址。

String one = "someString";String two = "someString";

这样在大量使用字符串的情况下,可以节省内存空间,提高效率。但之所以能实现这个特性,String的不可变性是最基本的一个必要条件。要是内存里字符串内容能改来改去,这么做就完全没有意义了。

原文发布于微信公众号 - 编码前线(gh_acef1225aadd)

原文发表时间:2018-09-01

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