【小家java】String类为什么要设计成final？不可变有什么优点？

YourBatman

发布于 2019-09-03 14:59:07

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发布于 2019-09-03 14:59:07

源码解释：

先贴一下String类的申明代码：

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {}

它最大的一个特点是被final修饰了。我们先看看官方怎么解释：

Strings are constant; their values cannot be changed after they are created. String buffers support mutable strings. Because String objects are immutable they can be shared.

翻译如下：

字符串是恒定的，创建之后它们的值不能被改变。StringBuffer是可变的strings.字符串对象不可变让它们可以被共享。

先认识final类

要了解为什么，首先我们得分析一下final修饰类，这个类有什么特点呢？从安全上讲：

final的出现就是为了为了不想改变
final 修饰的类是不被能继承的，所以 final 修饰的类是不能被篡改的（因为不可能有子类了嘛）

从效率上讲：

设计成final，JVM才不用对相关方法在虚函数表中查询，而直接定位到String类的相关方法上，提高了执行效率 这点对提高效率特别重要
Java设计者认为共享带来的效率更高（比如常量池、线程池都是这个概念）

设计者为什么让String被final修饰

首先我们有个共识，String类绝对是被我们使用得最多的一个类，没有之一。所以它是Java非常底层的一个类，一个数据结构。由于使用得实在太多，所以在设计上做了安全性和效率性的考虑。（Java9在底层存储结构上都进行了优化，旨在提高效率）

要理解这个问题，需要先了解以下几点：

immutable ——不可改变
- 不可改变类——是指类的状态不变，一旦创建，状态就是固定不变的
字符串池——String pool（常量池，实际上分为两种形态：静态常量池和运行时常量池）

    public static void main(String[] args) {
        String a = "HELLO";
        String b = "HELLO";
        String c = new String("HELLO");
        String d = new String("HELLO");
        System.out.println(a == b); //true 这里true，字符池的效果体现出来了
        System.out.println(b == c); //false
        System.out.println(c == d); //false
        System.out.println(a.equals(b)); //true equals都会返回true

        //intern()方法试用一把
        c = c.intern();
        System.out.println(b == c); //true 这里直接也返回true了
    }

String pools是为了提高JAVA内存利用率而采用的措施，当遇到String a = “HELLO”时，JAVA会先在字符串池中查找是否存在“HELLO”这个字符串，如果没有，则新创建一个对象，然后变量a指向这个地址，然后再遇到String b = “HELLO”时，由于字符串池中以及有了“HELLO”这个对象，所以直接将变量b的地址指向“HELLO”，省去了重新分配的麻烦，如图：

在JAVA中，“==”对于两个基本类型，判断内容是否相等，对于对象判断两个对象的地址值是否相等

那么String c = new String(“Hello”)又如何处理呢？

如果是这种写法，则不会去访问字符串池，而是先为变量 c 开辟空间，然后将值写入空间。所以b == c返回false，c == d同样返回false。至于String的equals方法，因为它比较的不是对象的地址，而是对象的值，所以都返回true就不奇怪了。

Java虚拟机有一个字符串池，保存着几乎所有的字符串对象。字符串表达式总是指向字符串池中的一个对象。使用new操作创建的字符串对象不指向字符串池中的对象

最后一句我们看到，当我们使用intern()方法后，会和池子的对象一样的效果了。

简单介绍下intern()方法的原理：如果池中已经有相同的字符串。有则直接返回池中的字符串，否则先将字符串添加到池中，再返回。这步操作相当于手动向常量池里扔东西

另外，因为String是底层的类，且是使用最为广泛的类。所以用final修饰，自然而然的方法也会被final修饰。因此在调用String的任何方法的时候，都采用JVM的内嵌机制，效率会有较大的提升

阐述设计成final类的优点

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 interning将不能实现(注：String interning是指对不同的字符串仅仅只保存一个，即不会保存多个相同的字符串。)，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。