在java中String类为什么要设计成final？

时间：2017-05-25 17:18:28 阅读：346 评论：0 收藏：0 [点我收藏+]

标签：支持调用类型 com 情况 start tput csdn 多个

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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。

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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：

[java] view plain copy

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

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

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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，

[java] view plain copy

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

[java] view plain copy

final int[] value={1,2,3};
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。

[java] view plain copy

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

[java] view plain copy

package _12_01字符串;
public class 为什么String要设计成不可变类你 {
public static void main(String[] args) {
String a, b, c;
a = "test";
b = a;
c = b;
String processA = processA(a);
String processB = processB(b);
String processC = processC(c);
System.out.println(processA);
System.out.println(processB);
System.out.println(processC);
}
static String processA(String str){
return str + "A";
}
static String processB(String str){
return str + "B";
}
static String processC(String str){
return str + "C";
}
}
//OUTPUT
// testA
//testB
//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

[java] view plain copy

package _12_01字符串;
public class 为什么String要设计成不可变类2 {
public static void main(String[] args) {
StringBuffer a, b, c;
a = new StringBuffer("test");
b = a;
c = b;
String processA = processA(a);
String processB = processB(b);
String processC = processC(c);
System.out.println(processA);
System.out.println(processB);
System.out.println(processC);
}
static String processA(StringBuffer str){
return str.append("A").toString();
}
static String processB(StringBuffer str){
return str.append("B").toString();
}
static String processC(StringBuffer str){
return str.append("C").toString();
}
}
//OUTPUT
// testA
//testAB
//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。

[java] view plain copy

class Test{
public static void main(String[] args){
HashSet<StringBuilder> hs=new HashSet<StringBuilder>();
StringBuilder sb1=new StringBuilder("aaa");
StringBuilder sb2=new StringBuilder("aaabbb");
hs.add(sb1);
hs.add(sb2); //这时候HashSet里是{"aaa","aaabbb"}
StringBuilder sb3=sb1;
sb3.append("bbb"); //这时候HashSet里是{"aaabbb","aaabbb"}
System.out.println(hs);
}
}
//Output:
//[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。