015:为什么Java中的字符串对象是不可变的

所谓不可变对象,是指一个对象在创建后,它的内部状态不会被改变的对象。这意味着当我们将一个不可变对象的引用赋值给某个变量后,我们就不能改变该对象的内部状态。 James Gosling也说过——Java开发者应该尽量使用不可变对象。

在Java中将String对象设置为不可变对象的好处很多,例如:缓存、安全、同步、性能等方面。

字符串对象不可变的好处

字符串共享

字符串常量池:字符串常量池是JVM中的一块特殊区域(1.7之前存放在perm区,1.8之后存放在堆上),用来存放字符串对象的值。在JVM中字符串是不可变的,因此JVM对于相同的字符序列,可以只保存一份,这个特性称之为“interning”。由于字符串是JVM中最常见的对象,因此实现字符串共享可以节省很多堆内存。

开发者可以通过两种方法实现“interning”:

  • 使用常量字符串初始化字符串变量
String s1 = "Hello World"; 
String s2 = "Hello World"; 
System.out.printlin(s1 == s2); //结果为true 
  • 调用String对象的intern方法,需要注意的是:直接通过String的构造方法初始化的字符串对象,它的值并没有存放在字符串常量池,需要对该对象调用intern方法之后,才会将它的值放入字符串常量池。
String s1 = "Hello World"; 
String s2 = new String("Hello World"); 
System.out.println(s1 == s2); //结果为false 

s2 = s2.intern(); 
System.out.println(s1 == s2); //结果为true 

安全性

Java应用中使用字符串对象存放一些敏感信息:用户名、密码、连接地址、IP地址等等。Java中类加载器加载类的时候,也是根据类的名字去文件系统中的对应路径去查找的,类的名称、对应的路径,都是使用字符串对象存储的。

将字符串对象设计为不可变的,就意味着这个敏感信息一经生成就不会被改变(有点现在流行的区块链的思路)。

常见的安全检查流程有两个步骤:(1)校验安全信息;(2)进行敏感操作。如果字符串对象是可变的,则在做完第(1)步安全校验后这个字符串对象依然可能被改变。例如,我们现在在维护一个用户服务,提供了更改用户昵称的服务,业务逻辑是先检查用户昵称的合法性,然后再进行数据库的操作,如果字符串对象是可变的,那么第一步的合法性检查就没有意义了

并发同步

不可变对象天然具备线程安全性,因为不用担心两个线程同时修改该对象时候产生的争用问题。假设字符串变量str = "hello"被多个线程同时使用,如果在某个线程中对str赋了新的字符串值,那么就会在字符串常量池中生成一份新的字符串,不会有并发争用。

Hashcode缓存

在Java集合框架的很多数据结构中都用到了字符串对象,例如HashMapHashTableHashSet等等,在这些数据结构的实现过程中,都使用hashcode()方法来进行hash操作。

由于字符串对象的不变性,JDK将它的hashcode()做了缓存,这样对于同一个字符串对象,只会在第一次调用它的hashcode()方法的时候进行计算,后面的调用直接使用缓存中的值,这缓存也提升了集合数据结构的性能。

结论

这个问题考察得比较细致,需要用对应的案例进行理解,不可变的字符串对象对于Java应用来说不可或缺,下图是写这篇文章时候用到的思维导图,也分享给大家。

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javaadu

IT从业者,终身学习者

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1 Response

  1. 2019年2月25日

    […] 015:为什么Java中的String对象是不可变的。 […]

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