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String 的不可變真的是因為 final 嗎?

2021-04-08 07:28:32 後端開發

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String 為啥不可變?因為 String 中的 char 陣列被 final 修飾,這套回答相信各位已經背爛了,But 這并不正確!

  • 面試官:講講 StringStringBuilderStringBuffer 的區別
  • 我:String 不可變,而 StringBuilderStringBuffer 可變,叭叭叭 ......
  • 面試官:String 為什么不可變?
  • 我:Stringfinal 修飾,這說明 String 不可繼承;并且String 中真正存盤字符的地方是 char 陣列,這個陣列被 final 修飾,所以 String 不可變
  • 面試官:String 的不可變真的是因為 final 嗎?
  • 我:是.....是的吧
  • 面試官:OK,你這邊還有什么問題嗎?
  • 我:卒......

什么是不可變?

《Effective Java》中對于不可變物件(Immutable Object)的定義是:物件一旦被創建后,物件所有的狀態及屬性在其生命周期內不會發生任何變化,這就意味著,一旦我們將一個物件分配給一個變數,就無法再通過任何方式更改物件的狀態了,

String 不可變的表現就是當我們試圖對一個已有的物件 "abcd" 賦值為 "abcde",String 會新創建一個物件:

String 為什么不可變?

String 用 final 修飾 char 陣列,這個陣列無法被修改,這么說確實沒啥問題,

但是!!!這個無法被修改僅僅是指參考地址不可被修改(也就是說堆疊里面的這個叫 value 的參考地址不可變,編譯器不允許我們把 value 指向堆中的另一個地址),并不代表存盤在堆中的這個陣列本身的內容不可變,舉個例子:

如果我們直接修改陣列中的元素,是完全 OK 的:

那既然我們說 String 是不可變的,那顯然僅僅靠 final 是遠遠不夠的

1)首先,char 陣列是 private 的,并且 String 類沒有對外提供修改這個陣列的方法,所以它初始化之后外界沒有有效的手段去改變它;

2)其次,String 類被 final 修飾的,也就是不可繼承,避免被他人繼承后破壞;

3)最重要的!是因為 Java 作者在 String 的所有方法里面,都很小心地避免去修改了 char 陣列中的資料,涉及到對 char 陣列中資料進行修改的操作全部都會重新創建一個 String 物件,你可以隨便翻個原始碼看看來驗證這個說法,比如 substring 方法:

為什么要設計成不可變的呢?

1)首先,字串常量池的需要

我們來回顧一下字串常量池的定義:大量頻繁的創建字串,將會極大程度的影響程式的性能,為此,JVM 為了提高性能和減少記憶體開銷,在實體化字串常量的時候進行了一些優化:

  • 為字串開辟了一個字串常量池 String Pool,可以理解為快取區
  • 創建字串常量時,首先檢查字串常量池中是否存在該字串
  • 若字串常量池中存在該字串,則直接回傳該參考實體,無需重新實體化;若不存在,則實體化該字串并放入池中,

如下面的代碼所示,堆記憶體中只會創建一個 String 物件:

String str1 = "hello";
String str2 = "hello";

System.out.println(str1 == str2) // true 

假設 String 允許被改變,那如果我們修改了 str2 的內容為 good,那么 str1 也會被修改,顯然這不是我們想要看見的結果,

2)另外一點也比較容易想到,String 被設計成不可變就是為了安全

作為最基礎最常用的資料型別,String 被許多 Java 類別庫用來作為引數,如果 String 不是固定不變的,將會引起各種安全隱患,

舉個例子,我們來看看將可變的字串 StringBuilder 存入 HashSet 的場景:

我們把可變字串 s3 指向了 s1 的地址,然后改變 s3 的值,由于 StringBuilder 沒有像 String 那樣設計成不可變的,所以 s3 就會直接在 s1 的地址上進行修改,導致 s1 的值也發生了改變,于是,糟糕的事情發生了,HashSet 中出現了兩個相等的元素,破壞了 HashSet 的不包含重復元素的原則,

另外,在多執行緒環境下,眾所周知,多個執行緒同時想要修改同一個資源,是存在危險的,而 String 作為不可變物件,不能被修改,并且多個執行緒同時讀同一個資源,是完全沒有問題的,所以 String 是執行緒安全的,

String 真的不可變嗎?

想要改變 String 無非就是改變 char 陣列 value 的內容,而 value 是私有屬性,那么在 Java 中有沒有某種手段可以訪問類的私有屬性呢?

沒錯,就是反射,使用反射可以直接修改 char 陣列中的內容,當然,一般來說我們不這么做,

看下面代碼:

總結

總結來說,并不是因為 char 陣列是 final 才導致 String 的不可變,而是為了把 String 設計成不可變才把 char 陣列設定為 final,下面是一些創建不可變物件的簡單策略,當然,也并非所有不可變類都完全遵守這些規則:

  • 不要提供 setter 方法(包括修改欄位的方法和修改欄位參考物件的方法);
  • 將類的所有欄位定義為 final、private 的;
  • 不允許子類重寫方法,簡單的辦法是將類宣告為 final,更好的方法是將建構式宣告為私有的,通過工廠方法創建物件;
  • 如果類的欄位是對可變物件的參考,不允許修改被參考物件,

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