在java中String类为什么要设计成final？

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我进行了重新排版，并且更换了其中的一个例子，让我们更好理解。

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：

  1. public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
  2.     /** String本质是个char数组. 而且用final关键字修饰.*/
  3.     private final char value[];
  4. 	...
  5. 	...
  6. }

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，

  1. final int[] value={1,2,3}
  2. int[] another={4,5,6};
  3. 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。

  1. final int[] value={1,2,3};
  2. 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。

  1. final int[] array={1,2,3};
  2. 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

  1. package _12_01字符串;
  2.  
  3. public class 为什么String要设计成不可变类你 {
  4.  
  5. 	public static void main(String[] args) {
  6.  
  7. 		String a, b, c;
  8. 		a = "test";
  9. 		b = a;
  10. 		c = b;
  11. 		String processA = processA(a);
  12. 		String processB = processB(b);
  13. 		String processC = processC(c);
  14. 		System.out.println(processA);
  15. 		System.out.println(processB);
  16. 		System.out.println(processC);
  17. 	}
  18. 	
  19. 	static String processA(String str){
  20. 		return str + "A";
  21. 	}
  22. 	
  23. 	static String processB(String str){
  24. 		return str + "B";
  25. 	}
  26. 	
  27. 	static String processC(String str){
  28. 		return str + "C";
  29. 	}
  30.  
  31. }
  32. //OUTPUT
  33. // testA
  34. //testB
  35. //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

  1. package _12_01字符串;
  2.  
  3. public class 为什么String要设计成不可变类2 {
  4.  
  5. 	public static void main(String[] args) {
  6.  
  7. 		StringBuffer a, b, c;
  8. 		a = new StringBuffer("test");
  9. 		b = a;
  10. 		c = b;
  11. 		String processA = processA(a);
  12. 		String processB = processB(b);
  13. 		String processC = processC(c);
  14. 		System.out.println(processA);
  15. 		System.out.println(processB);
  16. 		System.out.println(processC);
  17. 	}
  18. 	
  19. 	static String processA(StringBuffer str){
  20. 		return str.append("A").toString();
  21. 	}
  22. 	
  23. 	static String processB(StringBuffer str){
  24. 		return str.append("B").toString();
  25. 	}
  26. 	
  27. 	static String processC(StringBuffer str){
  28. 		return str.append("C").toString();
  29. 	}
  30.  
  31. }
  32. //OUTPUT
  33. // testA
  34. //testAB
  35. //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。

  1. class Test{
  2.     public static void main(String[] args){
  3.         HashSet<StringBuilder> hs=new HashSet<StringBuilder>();
  4.         StringBuilder sb1=new StringBuilder("aaa");
  5.         StringBuilder sb2=new StringBuilder("aaabbb");
  6.         hs.add(sb1);
  7.         hs.add(sb2);    //这时候HashSet里是{"aaa","aaabbb"}
  8.  
  9.         StringBuilder sb3=sb1;
  10.         sb3.append("bbb");  //这时候HashSet里是{"aaabbb","aaabbb"}
  11.         System.out.println(hs);
  12.     }
  13. }
  14. //Output:
  15. //[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。

  1. String one = "someString";
  2. 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。






posted @ 2020-05-26 15:55  南宫煌_慧  阅读(381)  评论(0)  编辑  收藏  举报