2016-08-04 17:01:58 +0000   |     java string immutability   |   Viewed times   |    

原本是Think in Java读书笔记中的一篇,现拎出来单成一篇,方便查阅。

什么是不可变?

String不可变很简单,如下图,给一个已有String第二次赋值,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。 stringImmutable

为什么String是不可变的?

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, ArrayMemory1 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,

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。

final int[] value={1,2,3};
value[2]=100;  //这时候数组里已经是{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。而且还很小心地把整个String设成final禁止继承,避免被其他人破坏。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。

不可变有什么好处?

这个最简单地原因,就是为了安全。看下面这个场景(有评论反应例子不够清楚,现在完整地写出来),一个函数appendStr( )在不可变的String参数后面加上一段“bbb”后返回。appendSb( )负责在可变的StringBuilder后面加“bbb”。

class Test{
    //不可变的String
    public static String appendStr(String s){
        s+="bbb";
        return s;
    }

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

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

        //StringBuilder做参数
        StringBuilder sb=new StringBuilder("aaa");
        StringBuilder nsb=Test.appendSb(sb);
        System.out.println("StringBuilder aaa >>> "+sb.toString());
    }
}

//Output:
//String aaa >>> aaa
//StringBuilder aaa >>> aaabbb

如果程序员不小心像上面例子里,直接在传进来的参数上加”bbb”,因为Java对象参数传的是引用,所以可变的的StringBuffer参数就被改变了。可以看到变量sb在Test.appendSb(sb)操作之后,就变成了”aaabbb”。有的时候这可能不是程序员的本意。所以String不可变的安全性就体现在这里。

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。

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。

还有一个大家都知道,就是在并发场景下,多个线程同时读一个资源,是不会引发竟态条件的。只有对资源做写操作才有危险。不可变对象不能被写,所以线程安全。

最后别忘了String另外一个字符串常量池的属性。接下来正好要讲这个。Java之所以能实现这个特性,String的不可变性是最基本的一个必要条件。要是内存里字符串内容能改来改去,这么做就完全没有意义了。