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13. Java中的String是不可变的（Immutable）吗？为什么？

PangHu大约 3 分钟

是的，Java中的String是不可变的，这意味着一旦String对象被创建，它的内容就无法改变。String的不可变性是Java设计的一项重要特性。

为什么String是不可变的？

  1. 安全性：
    • String被广泛使用在许多场景中，例如作为哈希表（如HashMap）的键、线程中的数据、网络传输的数据等。如果String是可变的，任何修改都可能导致不期望的结果，例如改变哈希值、影响安全性等。
    • 例如，在网络连接中传递的URL字符串或数据库连接字符串，如果是可变的，可能会在无意中被修改，从而引发安全漏洞。
  2. 线程安全：
    • 由于String是不可变的，在多线程环境中是线程安全的。多个线程可以安全地共享String对象，而不必担心其内容会被更改。
  3. 字符串常量池的使用：
    • Java的字符串常量池（String Pool）中缓存了字符串字面量。由于String对象不可变，相同的字符串字面量可以共享一个对象，从而节省内存。
    • 如果String是可变的，这种共享将不再安全，可能导致多个地方共享的字符串被无意修改，从而破坏应用程序的行为。
  4. 提高性能：
    • 由于String不可变，JVM可以进行一些优化，比如将相同的字符串字面量指向常量池中的同一个实例，从而减少内存使用和提升性能。
    • String的不可变性允许JVM和应用程序在多处使用同一个String对象，而不需要担心内容变化导致的副作用。
  5. 简化设计：
    • 不可变对象的设计更加简单，因为它们的状态一旦创建就不再变化。这使得对象的行为更加可预测，也避免了许多常见的编程错误。

示例代码

public class StringExample {
    public static void main(String[] args) {
        String str1 = "Hello";
        String str2 = str1;

        str1 = str1 + " World";

        System.out.println(str1);  // 输出: Hello World
        System.out.println(str2);  // 输出: Hello，str2的值未受影响
    }
}

在上面的代码中，当我们将str1从"Hello"改变为"Hello World"时，实际上创建了一个新的String对象，而str1引用被更新为指向这个新的对象。原始的str1内容"Hello"仍然存在于内存中，并且str2仍然指向这个原始对象。这展示了String的不可变性。

如何实现不可变性？

  • 私有字段：String类的字符数组value被声明为private final，这意味着它无法被直接访问或修改。
  • 无修改方法：String类中的方法，如substring()、concat()等，不会修改原有的String对象，而是返回一个新的String对象。
  • 没有提供修改对象的方法：String类不提供任何方法来修改其内容。即使是看似改变String内容的方法，也会返回一个新的String对象。

总结

  • 不可变性：String在Java中是不可变的，这意味着它一旦被创建，其内容就不能被改变。
  • 原因：这种不可变性带来了安全性、线程安全性、性能优化和简化设计等诸多好处，使String成为一种高效且安全的文本处理方式。

理解String的不可变性及其设计原因，有助于更好地使用Java中的字符串处理机制，并编写高效、安全的代码。