摘要：性能當(dāng)字符串是不可變時(shí)，字符串常量池才有意義。字符串常量池的出現(xiàn)，可以減少創(chuàng)建相同字面量的字符串，讓不同的引用指向池中同一個(gè)字符串，為運(yùn)行時(shí)節(jié)約很多的堆內(nèi)存。

在學(xué)習(xí)Java的過(guò)程中，我們會(huì)被告知 String 被設(shè)計(jì)成不可變的類型。為什么 String 會(huì)被 Java 開(kāi)發(fā)者有如此特殊的對(duì)待？他們的設(shè)計(jì)意圖和設(shè)計(jì)理念到底是什么？因此，我?guī)е韵氯齻€(gè)問(wèn)題，對(duì)
String 進(jìn)行剖析：

String 真的不可變嗎？

為什么會(huì)將 String 設(shè)計(jì)為不可變？

如何通過(guò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn) String 不可變 ？

String 底層實(shí)現(xiàn)：

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable, 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
    
    //other codes
}

String 的底層實(shí)現(xiàn)是依靠 char[] 數(shù)組，既然依靠的是基礎(chǔ)類型變量，那么他一定是可變的， String 之所以不可變，是因?yàn)?Java 的開(kāi)發(fā)者通過(guò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，隔絕了使用者對(duì) String 的底層數(shù)據(jù)的操作。但是，我們可以同反射的機(jī)制，操作 String 的底層，檢驗(yàn)其不可變的猜想。

反射的方式操作 String ：

        //創(chuàng)建字符串"Hello World"， 并賦給引用s  
        String s = "Hello World";   
          
        System.out.println("s = " + s);    // Hello World  
          
        //獲取String類中的value字段  
        Field valueFieldOfString = String.class.getDeclaredField("value");  
          
        //改變value屬性的訪問(wèn)權(quán)限  
        valueFieldOfString.setAccessible(true);  
          
        //獲取s對(duì)象上的value屬性的值  
        char[] value = (char[]) valueFieldOfString.get(s);  
          
        //改變value所引用的數(shù)組中的第5個(gè)字符  
        value[5] = "_";  
          
        System.out.println("s = " + s);    //Hello_World  

通過(guò)兩次字符串的輸出，我們可以看到，String 被改變了，但是在代碼里，幾乎不會(huì)使用反射的機(jī)制去操作 String 字符串，所以，我們會(huì)認(rèn)為 String 類型是不可變的。

安全

引發(fā)安全問(wèn)題，譬如，數(shù)據(jù)庫(kù)的用戶名、密碼都是以字符串的形式傳入來(lái)獲得數(shù)據(jù)庫(kù)的連接，或者在socket編程中，主機(jī)名和端口都是以字符串的形式傳入。因?yàn)樽址遣豢勺兊?，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(duì)象的值，造成安全漏洞

保證線程安全，在并發(fā)場(chǎng)景下，多個(gè)線程同時(shí)讀寫(xiě)資源時(shí)，會(huì)引競(jìng)態(tài)條件，由于 String 是不可變的，不會(huì)引發(fā)線程的問(wèn)題而保證了線程

HashCode，當(dāng) String 被創(chuàng)建出來(lái)的時(shí)候，hashcode也會(huì)隨之被緩存，hashcode的計(jì)算與value有關(guān)，若 String 可變，那么 hashcode 也會(huì)隨之變化，針對(duì)于 Map、Set 等容器，他們的鍵值需要保證唯一性和一致性，因此，String 的不可變性使其比其他對(duì)象更適合當(dāng)容器的鍵值。

性能

當(dāng)字符串是不可變時(shí)，字符串常量池才有意義。字符串常量池的出現(xiàn)，可以減少創(chuàng)建相同字面量的字符串，讓不同的引用指向池中同一個(gè)字符串，為運(yùn)行時(shí)節(jié)約很多的堆內(nèi)存。若字符串可變，字符串常量池失去意義，基于常量池的String.intern()方法也失效，每次創(chuàng)建新的 String 將在堆內(nèi)開(kāi)辟出新的空間，占據(jù)更多的內(nèi)存

實(shí)例代碼：

String 的不可變性：

    public static String appendStr(String s){
        s+="bbb";
        return s;
    }

    //可變的StringBuilder
    public static StringBuilder appendSb(StringBuilder sb){
        return sb.append("bbb");
    }

    public static void main(String[] args){
        //String做參數(shù)
        String s=new String("aaa");
        String ns=Test.appendStr(s);
        System.out.println("String aaa >>> "+s.toString()); // aaa

        //StringBuilder做參數(shù)
        StringBuilder sb=new StringBuilder("aaa");
        StringBuilder nsb=Test.appendSb(sb);
        System.out.println("StringBuilder aaa >>> "+sb.toString()); // aaabbb
    }

打開(kāi)JDK的源碼：

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable, 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
    
    //other codes
}

String 類由關(guān)鍵字 final 修飾，說(shuō)明該類不可繼承

char value[] 屬性也被 final 所修飾，說(shuō)明 value 的引用在創(chuàng)建之后，就不能被改變

以上兩點(diǎn)并不能完全實(shí)現(xiàn) String 不可變 ，原因在于：

final int[] value={1,2,3}
      int[] another={4,5,6};
value=another;    // 編譯器報(bào)錯(cuò)，final不可變

value 被 final 修飾，只能保證引用不被改變，但是 value 所指向的堆中的數(shù)組，才是真實(shí)的數(shù)據(jù)，只要能夠操作堆中的數(shù)組，依舊能改變數(shù)據(jù)?！窘忉專篠tring實(shí)際上是可變的】

final int[] value={1,2,3};
value[2]=100;  //這時(shí)候數(shù)組里已經(jīng)是{1,2,100}

所有的成員屬性均被 private 關(guān)鍵字所修飾

為了實(shí)現(xiàn) String 不可變，關(guān)鍵在于Java的開(kāi)發(fā)者在設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā) String 的過(guò)程中，沒(méi)有暴露任何的內(nèi)部成員，與此同時(shí) API 的設(shè)計(jì)是均沒(méi)有操作 value 的值 , 而是采用 new String() 的方式返回新的字符串，保證了 String 的不可變。

JDK String API 源碼：

    public static String valueOf(char c) {
        char data[] = {c};
        return new String(data, true);  //采用 new String() 的方式返回新的字符串
    }
    
    

    public String concat(String str) {
        int otherLen = str.length();
        if (otherLen == 0) {
            return this;
        }
        int len = value.length;
        char buf[] = Arrays.copyOf(value, len + otherLen);
        str.getChars(buf, len);
        return new String(buf, true);  //采用 new String() 的方式返回新的字符串
    }
    

整個(gè)String設(shè)成final禁止繼承，避免被其他人繼承后破壞。所以String是不可變的關(guān)鍵都在底層的實(shí)現(xiàn)，而不是一個(gè)final。考驗(yàn)的是工程師構(gòu)造數(shù)據(jù)類型，封裝數(shù)據(jù)的功力。

String s = "abcd";
s = "abcdel";

String 不可變性的圖示：