此文章转载于Java的架构师技术栈微信公众号

 

这几天在各大平台上都看到过这样一些帖子,全都是关于String类型对象不可变的问题,当然现在也是找工作的准备时期,因此花了一部分时间对其进行整理一下。

想要完全了解String,在这里我们需要解决以下几个问题

(1)什么是不可变对象?

(2)String如何被设计成不可变对象的?

(3)有什么办法能够改变String?

(4)JAVA语言为什么把String类型设计成不可变?

带着这些问题就可以开始今天的文章了。

一、什么是不可变对象

从字面意思也能够理解,也就是我们的创建的对象不可改变。那什么是不可变呢?为了实现创建的对象不可变,java语言要求我们需要遵守以下5条规则:

(1)类内部所有的字段都是final修饰的。

(2)类内部所有的字段都是私有的,也就是被private修饰。

(3)类不能够被集成和拓展。

(4)类不能够对外提供哪些能够修改内部状态的方法,setter方法也不行。

(5)类内部的字段如果是引用,也就是说可以指向可变对象,那我们程序员不能获取这个引用。

正是由于我们的String类型遵循了上面5条规则,所以才说String对象是不可变的。想要去了解他还是看看String类型内部长什么样子再来看上面5条规则吧。

二、String如何被设计成不可变对象的

1、疑惑一

在看之前,我们先给出一个疑惑问题,我们看下面的代码,

public class Test2 { 
    public static void main(String[] args) { 
        String a="张三"; 
        System.out.println(a); 
        a="李四"; 
        System.out.println(a); 
    } 
}

 

 

 

在文章一开始我们就说了,String对象是不可变的,这里a=张三,然后a=李四,这符合String的不可变性嘛?答案是当然符合。

 

 

从上面这张图我们可以看到,在第一次String a="张三"的时候,在堆中创建了同一个对象“张三”。后来我们在执行a="李四"的时候再内存中又创建了一个对象“李四”。也就是说我们的a仅仅只是改变了引用a指向的地址而已。

2、源码解释疑惑

既然a指向的引用地址改变了,那么其String内部肯定有一个变量,能够指向不同的实际对象,想要进一步弄清楚我们就进入其String的内部来看看。

我们在这里主要通过String类的源码来分析,看一下Java语言是如何设计,能把String类型设计成不可变的。这里给出的是jdk1.8的一部分源码。

public final class String 
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence { 
    /** The value is used for character storage. */ 
    private final char value[]; 
 
    /** Cache the hash code for the string */ 
    private int hash; // Default to 0 
    ...... 
}
 

上面最主要的是两个字段:value和hash。我们在这里主要是看value数组,hash和主题无关所以这里不再讲解了,我有专门的文章介绍hash。

我们的String对象其实在内部就是一个个字符然后存储在这个value数组里面的。但是value对外没有setValue的方法,所以整个String对象在外部看起来就是不可变的。我们画一张图解释一下上面的疑惑

 

 

现在明白了吧,也就是说真正改变引用的是value,因为value也是一个数组引用。这也可以很方便的解释下一个疑惑问题了。

3、疑惑二

既然我们的String是不可变的,好像内部还有很多substring, replace, replaceAll这些操作的方法。好像都是对String对象改变了,解释起来也很简单,我们每次的replace这些操作,其实就是在堆内存中创建了一个新的对象。然后我们的value指向不同的对象罢了。

面试的时候我们只是解释上面的原因其实不是那么尽善尽美,想要更好的去加薪去装逼,我们还需更进一步回答。

三、有什么办法能够改变String

既然有这个标题。那肯定就是有办法的,别忘了我们的反射机制,在通常情况下,他可以做出一些违反语言设计原则的事情。这也是一个技巧,每当面试官问一些违反语言设计原则的问题,你就可以拿反射来反驳他。下面我们来看一下:

public static void main(String[] args) { 
        String str = "张三"; 
        System.out.println(str); 
        try { 
            //我们通过反射获取内部的value字符数组 
            Field field = String.class.getDeclaredField("value"); 
            field.setAccessible(true); 
            char[] value; 
            value = (char[]) field.get(str); 
            //把字符串第一个字符变成王 
            value[0] = '王'; 
            System.out.println(str); 
        } catch (Exception e) { 
            e.printStackTrace(); 
        } 
    }

 

我们可以通过反射来改变String。

现在我们知道它的原理以及用法,也知道可以通过反射来改变String,还有一个问题我们没有弄清楚,面试的时候你也可以反问他,来进一步提升自己的逼格。

四、JAVA语言为什么把String类型设计成不可变

这里有几个特点。

第一:在Java程序中String类型是使用最多的,这就牵扯到大量的增删改查,每次增删改差之前其实jvm需要检查一下这个String对象的安全性,就是通过hashcode,当设计成不可变对象时候,就保证了每次增删改查的hashcode的唯一性,也就可以放心的操作。

第二:网络连接地址URL,文件路径path通常情况下都是以String类型保存, 假若String不是固定不变的,将会引起各种安全隐患。就好比我们的密码不能以String的类型保存,,如果你将密码以明文的形式保存成字符串,那么它将一直留在内存中,直到垃圾收集器把它清除。而由于字符串被放在字符串缓冲池中以方便重复使用,所以它就可能在内存中被保留很长时间,而这将导致安全隐患

第三:字符串值是被保留在常量池中的,也就是说假若字符串对象允许改变,那么将会导致各种逻辑错误

OK,以上就是String类型对象不可变的原因。面试的时候能答出来就好,如有问题还请指正。

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