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java中string的不可变性详解
2019-09-04 来源:动力节点

  

今天动力节点java培训机构小编为大家分享“java中string的不可变性详解”,希望通过此文能够帮助大家,下面就随小编一起看看java中string的不可变性详解的内容吧。


一、java string 原理(为什么说String类是不可变的)


  1、什么是不可变对象


  如果一个对象在创建之后就不能再改变它的状态,那么这个对象是不可变的(Immutable)。不能改变状态的意思是,不能改变对象内的成员变量,包括基本数据类型变量的值不能改变,引用类型的变量不能指向其他的对象,引用类型指向的对象的状态也不能改变。



  2、final关键字的作用


  如果要创建一个不可变对象,关键一步就是要将所有的成员变量声明为final类型。所以下面简单回顾一下final关键字的作用:


  final修饰类,表示该类不能被继承,俗称断子绝孙类,该类的所有方法自动地成为final方法


  final修饰方法,表示子类不可重写该方法


  final修饰基本数据类型变量,表示该变量为常量,值不能再修改


  final修饰引用类型变量,表示该引用在构造对象之后不能指向其他的对象,但该引用指向的对象的状态可以改变



  3、String类不可变性的分析


  先看下面这段代码:


String s = "abc";    //(1)

System.out.println("s = " + s);


s = "123";    //(2)

System.out.println("s = " + s);


打印结果为:


A.png


看到这里,你可能对String是不可变对象产生了疑惑,因为从打印结果可以看出,s的值的确改变了。其实不然,因为s只是一个String对象的引用,并不是String对象本身。


  当执行(1)处这行代码之后,会先在方法区的运行时常量池创建一个String对象"abc",然后在Java栈中创建一个String对象的引用s,并让s指向"abc",如下图所示:


1.png

图1


  当执行完(2)处这行代码之后,会在方法区的运行时常量池创建一个新的String对象"123",然后让引用s重新指向这个新的对象,而原来的对象"abc"还在内存中,并没有改变,如下图所示:


2.png

图2


  4、String类不可变性的原理


  要理解String类的不可变性,首先看一下String类中都有哪些成员变量。在JDK1.8中,String的成员变量主要有以下几个:


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


    /** use serialVersionUID from JDK 1.0.2 for interoperability */

    private static final long serialVersionUID = -6849794470754667710L;


    /**

     * Class String is special cased within the Serialization Stream Protocol.

     *

     * A String instance is written into an ObjectOutputStream according to

     * <a href="{@docRoot}/../platform/serialization/spec/output.html">

     * Object Serialization Specification, Section 6.2, "Stream Elements"</a>

     */

    private static final ObjectStreamField[] serialPersistentFields =

        new ObjectStreamField[0];


首先可以看到,String类使用了final修饰符,表明String类是不可继承的。


  然后,我们主要关注String类的成员变量value,value是char[]类型,因此String对象实际上是用这个字符数组进行封装的。再看value的修饰符,使用了private,也没有提供setter方法,所以在String类的外部不能修改value,同时value也使用了final进行修饰,那么在String类的内部也不能修改value,但是上面final修饰引用类型变量的内容提到,这只能保证value不能指向其他的对象,但value指向的对象的状态是可以改变的。通过查看String类源码可以发现,String类不可变,关键是因为SUN公司的工程师,在后面所有String的方法里都很小心的没有去动字符数组里的元素。所以String类不可变的关键都在底层的实现,而不仅仅是一个final。



  5、String对象真的不可变吗


  上面提到,value虽然使用了final进行修饰,但是只能保证vaue不能指向其他的对象,但value指向的对象的状态是可以改变的,也就是说,可以修改value指向的字符数组里面的元素。因为value是private类型的,所以只能使用反射来获取String对象的value属性,再去修改value指向的字符数组里面的元素。通过下面的代码进行验证:


String s = "Hello World";

System.out.println("s = " + s);


//获取String类中的value属性

Field valueField = String.class.getDeclaredField("value");


//改变value属性的访问权限

valueField.setAccessible(true);


//获取s对象上的value属性的值

char[] value = (char[]) valueField.get(s);


//改变value所引用的数组中的第6个字符

value[5] = '_';

System.out.println("s = " + s);


打印结果为:


s = Hello World

s = Hello_World


在上述代码中,s始终指向同一个String对象,但是在反射操作之后,这个String对象的内容发生了变化。也就是说,通过反射是可以修改String这种不可变对象的。



二、设计目标(为什么String要设计成不可变的)


在Java中,将String设计成不可变的是综合考虑到内存、同步、数据结构及安全等各种因素的结果,下文将为各种因素做一个小结。


1、运行时常量池的需要


String s = "abc";


  执行上述代码时,JVM首先在运行时常量池中查看是否存在String对象“abc”,如果已存在该对象,则不用创建新的String对象“abc”,而是将引用s直接指向运行时常量池中已存在的String对象“abc”;如果不存在该对象,则先在运行时常量池中创建一个新的String对象“abc”,然后将引用s指向运行时常量池中创建的新String对象。


String s1 = "abc";

String s2 = "abc";


执行上述代码时,在运行时常量池中只会创建一个String对象"abc",这样就节省了内存空间。示意图如下所示:


3.png

图3



  2、同步


  因为String对象是不可变的,所以是多线程安全的,同一个String实例可以被多个线程共享。这样就不用因为线程安全问题而使用同步。



  3、允许String对象缓存hashcode


  查看上文JDK1.8中String类源码,可以发现其中有一个字段hash,String类的不可变性保证了hashcode的唯一性,所以可以用hash字段对String对象的hashcode进行缓存,就不需要每次重新计算hashcode。所以Java中String对象经常被用来作为HashMap等容器的键。



  4、安全性


  如果String对象是可变的,那么会引起很严重的安全问题。比如,数据库的用户名、密码都是以字符串的形式传入来获得数据库的连接,或者在socket编程中,主机名和端口都是以字符串的形式传入。因为String对象是不可变的,所以它的值是不可改变的,否则黑客们可以钻到空子,改变String引用指向的对象的值,造成安全漏洞。


以上就是动力节点java培训机构小编介绍的java中string的不可变性详解”的内容,希望对大家有帮助,更多精彩内容请继续关注动力节点java培训机构官网,每天会有精彩内容分享与你。


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