为什么Java中的String类是不可变的?

String类是Java中的一个不可变类（immutable class）。

简单来说，不可变类就是实例在被创建之后不可修改。

在《Effective Java》 Item 15 中提到了为了使类成为不可变，需要遵循的五条规则：

1. 不要提供任何会修改对象状态的方法。

2. 保证类不会被扩展。

3. 使所有的域都是final的。

4. 使所有域都成为私有的。

5. 确保对于任何可变组件的互斥访问。

不可变类有许多优点，不可变类比可变类更加易于设计、实现和使用，不容易出错，且更加安全。

下面来看一下Java把String类设计为不可变类的几个原因：

1. 由于字符串池的存在

字符串池（String Pool）是方法区中的一块存储空间，当创建一个字符串时，如果池中已经存在相同的字符串就会返回其引用，而不是在堆中创建一个新对象。（此处指的是字面量创建字符串，用new关键字创建的话，无论池中存不存在都会在堆中创建一个新对象）

String string1 = "abcd";
String string2 = "abcd";

如果字符串是可变的话，通过一个引用改变它的值，将会导致其他引用的值也同样改变，从而可能发生错误。

2. 缓存hashcode

Java中经常用到一个字符串的hashcode，例如在HashMap和HashSet中。不可变性保证同一个字符串对象的hashcode总是相同的，而在使用时不用考虑其是否发生改变。

这意味着不需要每次都计算一遍hashcode，使程序更加高效。

/** Cache the hash code for the string */
private int hash; // Default to 0

3. 保证其他对象的使用

为了具体一点，举一个栗子。

HashSet<String> set = new HashSet<String>();
set.add(new String("a"));
set.add(new String("b"));
set.add(new String("c"));
 
for(String a: set)
    a.value = "a";

 在这个例子中，如果String是可变的话将破坏HashSet（集合中可能会包含重复元素）。

4. 安全性

在Java中String被用作许多方法的参数，例如网络连接，对文件的操作等等。

假如String不是不可变的，一个连接或文件将可能被改变，这会产生严重的安全隐患。

因为Java中反射的参数也是字符串，所以可变字符串同样会产生安全问题。

下面是一个例子：

boolean connect(string s){
    if (!isSecure(s)) { 
throw new SecurityException(); 
}
    //here will cause problem, if s is changed before this by using other references.    
    causeProblem(s);
}

5. 不可变对象自然是线程安全的

不可变对象是线程安全的，它们可以被自由地共享，不要求同步。

 

不可变类的优势有很多，当然也有缺点，就是对于每个不同的值都需要一个单独的对象。

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 参考资料

《Effective Java》Item 15

https://www.programcreek.com/2013/04/why-string-is-immutable-in-java/