String类为什么要设计成final？不可变有什么优点？

柔情只为你懂 2022-05-08 05:28 226阅读 0赞

**源码解释：**

先贴一下String类的申明代码：

public final class String
        implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {}

它最大的一个特点是被final修饰了。我们先看看官方怎么解释：

> Strings are constant; their values cannot be changed after they are created. String buffers support mutable strings. Because String objects are immutable they can be shared.

**翻译如下：**

> 字符串是恒定的，创建之后它们的值不能被改变。StringBuffer是可变的strings.字符串对象不可变让它们可以被共享。

**先认识final类**

要了解为什么，首先我们得分析一下final修饰类，这个类有什么特点呢？  
从安全上讲：

*  final的出现就是为了为了不想改变
 *  final 修饰的类是不被能继承的，所以 final 修饰的类是不能被篡改的（因为不可能有子类了嘛）

从效率上讲：

*  设计成final，JVM才**不用**对相关方法在虚函数表中查询，而直接定位到String类的相关方法上，**提高了执行效率** 这点对提高效率特别重要
 *  Java设计者认为共享带来的效率更高（比如常量池、线程池都是这个概念）

**设计者为什么让String被final修饰**

首先我们有个共识，String类绝对是被我们使用得最多的一个类，没有之一。所以它是Java非常底层的一个类，一个数据结构。由于使用得实在太多，所以在设计上做了安全性和效率性的考虑。**（Java9在底层存储结构上都进行了优化，旨在提高效率）**

要理解这个问题，需要先了解以下几点：

*  immutable ——不可改变
    
     *  不可改变类——是指类的状态不变，一旦创建，状态就是固定不变的
 *  字符串池——String pool（常量池，实际上分为两种形态：静态常量池和运行时常量池）

public static void main(String[] args) {
            String a = "HELLO";
            String b = "HELLO";
            String c = new String("HELLO");
            String d = new String("HELLO");
            System.out.println(a == b); //true 这里true，字符池的效果体现出来了
            System.out.println(b == c); //false
            System.out.println(c == d); //false
            System.out.println(a.equals(b)); //true equals都会返回true
    
            //intern()方法试用一把
            c = c.intern();
            System.out.println(b == c); //true 这里直接也返回true了
        }

String pools是为了提高JAVA内存利用率而采用的措施，当遇到String a = “HELLO”时，JAVA会先在字符串池中查找是否存在“HELLO”这个字符串，如果没有，则新创建一个对象，然后变量a指向这个地址，然后再遇到String b = “HELLO”时，由于字符串池中以及有了“HELLO”这个对象，所以直接将变量b的地址指向“HELLO”，省去了重新分配的麻烦，如图

> 在JAVA中，“==”对于两个基本类型，判断内容是否相等，对于对象判断两个对象的地址值是否相等

**那么String c = new String(“Hello”)又如何处理呢？**

如果是这种写法，则不会去访问字符串池，而是先为变量 c 开辟空间，然后将值写入空间。所以b == c返回false，c == d同样返回false。至于String的equals方法，因为它比较的不是对象的地址，而是对象的值，所以都返回true就不奇怪了。

> Java虚拟机有一个字符串池，保存着**几乎所有**的字符串对象。字符串表达式总是指向字符串池中的一个对象。使用new操作创建的字符串对象不指向字符串池中的对象

最后一句我们看到，当我们使用intern()方法后，会和池子的对象一样的效果了。

> 简单介绍下intern()方法的原理：如果池中已经有相同的 字符串。有则直接返回池中的字符串，否则先将字符串添加到池中，再返回。这步操作相当于手动向常量池里扔东西

**另外，因为String是底层的类，且是使用最为广泛的类。所以用final修饰，自然而然的方法也会被final修饰。因此在调用String的任何方法的时候，都采用JVM的内嵌机制，效率会有较大的提升**

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**阐述设计成final类的优点**

**只有当字符串是不可变的，字符串池才有可能实现**

字符串池的实现可以在运行时节约很多heap空间，因为不同的字符串变量都指向池中的同一个字符串。但如果字符串是可变的，那么String interning将不能实现(注：String interning是指对不同的字符串仅仅只保存一个，即不会保存多个相同的字符串。)，因为这样的话，如果变量改变了它的值，那么其它指向这个值的变量的值也会一起改变。

**如果字符串是可变的，那么会引起很严重的安全问题**

譬如，数据库的用户名、密码都是以字符串的形式传入来获得数据库的连接，或者在socket编程中，主机名和端口都是以字符串的形式传入。因为字符串是不可变的，所以它的值是不可改变的，否则黑客们可以钻到空子，改变字符串指向的对象的值，造成安全漏洞。

**因为字符串是不可变的，所以是多线程安全的**

同一个字符串实例可以被多个线程共享。这样便不用因为线程安全问题而使用同步。字符串自己便是线程安全的。

**类加载器要用到字符串，不可变性提供了安全性,以便正确的类被加载**

譬如你想加载java.sql.Connection类，而这个值被改成了myhacked.Connection，那么会对你的数据库造成不可知的破坏。

**作为Map的key，提高了访问效率**

因为字符串是不可变的，所以在它创建的时候hashcode就被缓存了，不需要重新计算。这就使得字符串很适合作为Map中的键，字符串的处理速度要快过其它的键对象。这就是HashMap中的键往往都使用字符串。因为Map使用得也是非常之多，所以一举两得