一. Spring源碼中的final關鍵詞

為了弄清楚String為什么具有不可變性，我們先來看看String的源碼，尤其是源碼中帶有final關鍵詞的地方。

1. final的特點

為了更好地理解String相關的內容，在閱讀String源碼之前，我們先來復習一下final關鍵詞有哪些特點，因為在String中會涉及到很多final相關的內容。

final關鍵詞修飾的類不可以被其他類繼承，但是該類本身可以繼承其他類，通俗的說就是這個類可以有父類，但是不能有子類；

final關鍵詞修飾的方法不可以被覆蓋重寫，但是可以被繼承使用；

final關鍵詞修飾的基本數據類型變量稱為常量，只能被賦值一次；

final關鍵詞修飾的引用數據類型的變量值為地址值，地址值不能改變，但是地址內的數據對象可以被改變；

final關鍵詞修飾的成員變量，需要在創(chuàng)建對象前賦值，否則會報錯(即需要在定義時直接賦值，如果是在構造方法中賦值，則多個構造方法均需賦值)。

復習了final的特點之后，接下來我們就可以閱讀String的源碼了。

2. String源碼解讀

接下來就請大家請跟著小編來看看String源碼中關于不可變性的內容吧。

2.1 final修飾的String類

/**
 * ......其他略......
 *
 * 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. For example:
 * 
 * ......其他略......
 */
public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    ......

先對上面的源碼及其注釋進行簡單的解釋：

• final：請參考第1小節(jié)對final特點的介紹；
• Serializable：用于序列化；
• Comparable：默認的比較器；
• CharSequence: 提供對字符序列進行統(tǒng)一、只讀的操作。

從這一段源碼及注釋中，我們可以得出如下結論：

• String類用final關鍵字修飾，說明String不可被繼承；
• String字符串是常量，字符串的值一旦被創(chuàng)建，就不能被改變；
• String字符串緩沖區(qū)支持可變字符串；
• 因為String對象是不可變的，所以它們是可以被共享的。

2.2 final修飾的value[]屬性

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    /** The value is used for character storage. */
    private final char value[];
    ......

從源碼中可以看出，value[]是一個私有的字符數組，String類其實就是通過這個char數組來保存字符串內容的。簡單的說，我們定義的字符串會被拆成一個一個的字符，這些字符都被存放在這個value字符數組里面。

這里的value[]數組被final修飾，初始化之后就不能再被更改。但是大家注意，我們這里說的value[]不可變，指的是value的引用地址不可變，但是value數組里面的數據元素其實是可變的！ 這是因為value是數組類型，根據我們之前學過的知識，value的引用地址會分配在棧中 ，而其對應的數據是在常量池中保存的。所以我們說String不可變，指的就是value在棧中的引用地址不可變，而不是說常量池中數組本身的數據元素不可變。

另外我們要注意，Java中的字符串常量池，用來存儲字符串字面量！ 但是由于JDK版本的不同，常量池的位置也不同：

JDK 6 及以下版本的字符串常量池是在方法區(qū)(Perm Gen)中，此時常量池中存儲的是字符串對象；在 JDK 8.0 中，方法區(qū)(永久代被元空間取代了；

JDK 7、8以后的字符串常量池被轉移到了堆中，此時常量池存儲的就是字符串對象的引用，而不是字符串對象本身。

至此，就帶各位把String類中的核心源碼分析完了，接下來我們再進一步分析String不可變的原因，及其他底層原理設計。

二. String的不可變性

1. 實驗案例

了解了上面的這些核心源碼之后，接下來再帶各位來驗證一下，看看String到底能不能變！我先給各位來一段案例代碼，代碼案例如下圖所示。

結果s的內容變了，好像是啪啪打臉了？？？?。?！咋回事，不是說了String不可變嗎？怎么這么快就翻車打臉了？別急，讓我們好好來分析一下。

2. 結果剖析

首先我們從結果上來看String s 變量的結果好像改變了，但為什么我們又說String是不可變的呢？

要想明白這個問題，我們得先弄清楚一個點，即引用和值的區(qū)別！在上面的代碼中，我們先是創(chuàng)建了一個 "yiyige" 為內容的字符串引用s，s其實先是指向了value對象，而value對象則指向存儲了 "y，i，y，i，g，e" 字符的字符數組。因為value被final修飾，所以value的值不可被更改。因此，上面代碼中改變的其實是s的引用指向，而不是改變了String對象的值 。 換句話說，上面實例中 s的值 只是 value的引用地址，并不是String內容本身！當我們執(zhí)行 s = "yyg"; 語句時，Java中會創(chuàng)建一個新的字面量對象 "yyg"，而原來的 "yiyige" 字面量對象依然存在于內存的intern緩存池中。 在Java中，因為數組也是對象， 所以value中存儲的也只是一個引用，它指向一個真正的數組對象。在執(zhí)行了String s = “yiyige”; 這句代碼之后，真正的內存布局應該是下圖這樣的：

因為value是String封裝的字符數組，value中的所有字符都屬于String這個對象。由于value是private的，且沒有提供setValue等公共方法來修改這個value值，所以在String類的外部是無法修改value值的，也就是說一旦初始化就不能被修改。此外，value變量是final的， 也就是說在String類內部，一旦這個值初始化了，value這個變量所引用的地址就不會改變了，即一直引用同一個對象。正是基于這一層，所以說String對象是不可變的對象。 但其實value所引用對象的內容完全可以發(fā)生改變，我們可以利用反射來消除String類對象的不可變特性 。

所以String的不可變性，指的是value在棧中的引用地址不可變，而不是說常量池中array本身的數據元素不可變！

而String對象的改變實際上是通過內存地址的 “斷開-連接” 變化來完成的，這個過程中原字符串中的內容并沒有任何的改變。String s = "yiyige"; 和 s = "yyg"; 實質上是開辟了2個內存空間，s 只是由原來指向 "yiyige" 變?yōu)橹赶?"yyg" 而已，而其原來的字符串內容，是沒有改變的，如下圖所示。

因此，我們在以后的開發(fā)中，如果要經常修改字符串的內容，請盡量少用String，因為字符串的指向“斷開-連接”會大大降低性能，建議使用：StringBuilder、StringBuffer。

那么String一定不可變嗎？有沒有辦法讓String真的可變呢？我們繼續(xù)往下學習！

三. String真的不可變嗎？

1. 實驗案例

我在前面的章節(jié)中給大家說，String的不可變，其實指的是String類中value屬性在棧中的引用地址不可變，而不是說常量池中array本身的數據元素不可變！也就是說String字符串的內容其實是可變的！那怎么實現(xiàn)呢？利用反射就可以實現(xiàn)，我們通過一個案例來證明一下。

try {
    String str = "yyg";
    System.out.println("str=" + str + ", 唯一性hash值=" + System.identityHashCode(str));

    Class stringClass = str.getClass();
    //獲取String類中的value屬性
    Field field = stringClass.getDeclaredField("value");
    //設置私有成員的可訪問性,進行暴力反射
    field.setAccessible(true);
    //獲取value數組中的內容
    char[] value = (char[]) field.get(str);
    System.out.println("value=" + Arrays.toString(value));

    value[1] = 'z';
    System.out.println("str=" + str + ", 唯一性hash值=" + System.identityHashCode(str));
} catch (NoSuchFieldException | IllegalAccessException e) {
    e.printStackTrace();
}

2. 結果剖析

上面案例的執(zhí)行結果如下圖所示：

我們可以看到，String字符串的字符數組可以通過反射進行修改，導致字符串的“內容”真的發(fā)生了變化！ 并且我們又利用底層的java.lang.System#identityHashCode()方法(不管是否重寫了hashCode方法)獲取了對象的唯一哈希值，該方法獲取的hash值與hashCode()方法是一樣的。我們可以看到兩個字符串的唯一性hash值是一樣的，證明字符串引用地址沒有發(fā)生改變！所以在這里，我們并不是像之前那樣創(chuàng)建了一個新的String字符串，而是真的改變了String的內容。這個代碼案例進一步說明，String類的不可變指的是中value屬性在棧中的引用地址不可變，而不是說常量池中array本身的數據元素不可變！也就是說String字符串的內容其實是可變的！

四. 結語

String作為Java中使用最為廣泛的一個類，之所以設計為不可變，主要是出于效率與安全性方面考慮。這種設計有優(yōu)點，也有缺點。

1. 不可變性的優(yōu)點

只有當字符串是不可變的，字符串池才有可能實現(xiàn)。 字符串池的實現(xiàn)可以在運行時節(jié)約很多heap空間，因為不同的字符串引用都可以指向池中的同一個字符串。但如果字符串是可變的，如果一個引用變量改變了字符串的值，那么其它指向這個值的變量內容也會跟著一起改變。

如果字符串是可變的，那么可能會引起很嚴重的安全問題。 譬如，數據庫的用戶名、密碼都是以字符串的形式傳入數據庫，以獲得數據庫的連接；或者在socket編程中，主機名和端口都是以字符串的形式傳入。因為字符串是不可變的，所以它的值是不可改變的，否則黑客們可以鉆到空子，改變字符串指向的對象值，造成安全漏洞。

因為字符串是不可變的， 在物理上是絕對的線程安全 ，所以同一個字符串實例可以被多個線程共享。 由于不可變對象不可能被修改，因此能夠在多線程中被任意自由訪問而不導致線程安全問題，不需要多余的同步操作。即在并發(fā)場景下，多個線程同時讀一個資源，并不會引發(fā)競態(tài)條件，只有對資源進行讀寫才有危險。不可變對象不能被寫，所以線程安全。

類加載器要用到字符串，不可變性也提供了安全性，以便正確的類可以被加載。 譬如你想加載java.sql.Connection類，而這個值被改成了myhacked.Connection，那么會對你的數據庫造成不可知的破壞。

因為字符串是不可變的，所以在字符串對象創(chuàng)建的時候hashCode()就被執(zhí)行并把執(zhí)行結果緩存了，不需要重新計算。這就使得字符串很適合作為Map中的鍵，所以字符串的處理速度要快過其它的鍵對象，這就是HashMap中的鍵往往都使用字符串的原因，當我們需要頻繁讀取訪問任意鍵值對時，能夠節(jié)省很多的CPU計算開銷。

Sting的不可變性會提高執(zhí)行性能和效率，基于Sting不可變，我們就可以用緩存池將String對象緩存起來，同時把一個String對象的地址賦值給多個String引用，這樣可以安全保證多個變量共享同一個對象。因此，構造一萬個string s = "xyz"，實際上得到都是同一個字符串對象，避免了很多不必要的空間開銷。

2. 不可變性的缺點

• 喪失了部分靈活性。我們平時使用的大部分都是可變對象，比如內容變化時，只需要利用setValue()更新一下就可以了，不需要重新創(chuàng)建一個對象，但是String很難做到這一點。當然，我們完全可以使用StringBuilder來彌補這個缺點。
• 脆弱的不可變性，String其實可以利用JNI或反射來改變其不可變性。

以上就是Java字符串原理分析之String是否可變的詳細內容，更多關于Java String原理的資料請關注腳本之家其它相關文章！

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