015：為什麼Java中的字串物件是不可變的

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所謂不可變物件，是指一個物件在建立後，它的內部狀態不會被改變的物件。這意味著當我們將一個不可變物件的取用賦值給某個變數後，我們就不能改變該物件的內部狀態。 James Gosling也說過——Java開發者應該儘量使用不可變物件。

在Java中將String物件設定為不可變物件的好處很多，例如：快取、安全、同步、效能等方面。

 

節省記憶體

字串常量池：字串常量池是JVM中的一塊特殊區域（1.7之前存放在perm區，1.8之後存放在堆上），用來存放字串物件的值。在JVM中字串是不可變的，因此JVM對於相同的字元序列，可以只儲存一份，這個特性稱之為“interning”。由於字串是JVM中最常見的物件，因此實現字串共享可以節省很多堆記憶體。

有兩種方式定義的字串，可以存放在常量池中：

• 使用常量字串初始化字串變數

String s1 = “Hello World”;
String s2 = “Hello World”;
System.out.printlin(s1 == s2); //結果為true

• 呼叫String物件的intern方法，需要註意的是：直接透過String的構造方法初始化的字串物件，它的值並沒有存放在字串常量池，需要對該物件呼叫intern方法之後，才會將它的值放入字串常量池。

String s1 = “Hello World”;
String s2 = new String(“Hello World”);
System.out.println(s1 == s2); //結果為false

s2.intern();
System.out.println(s1 == s2); //結果為true

 

安全問題

Java應用中使用字串物件存放一些敏感資訊：使用者名稱、密碼、連線地址、IP地址等等。Java中類載入器載入類的時候，也是根據類的名字去檔案系統中的對應路徑去查詢的，類的名稱、對應的路徑，都是使用字串物件儲存的。

將字串物件設計為不可變的，就意味著這個敏感資訊一經生成就不會被改變（有點現在流行的區塊鏈的思路）。

常見的安全檢查流程有兩個步驟：（1）校驗安全資訊；（2）進行敏感操作。如果字串物件是可變的，則在做完第（1）步安全校驗後這個字串物件依然可能被改變。例如，我們現在在維護一個使用者服務，提供了更改使用者暱稱的服務，業務邏輯是先檢查使用者暱稱的合法性，然後再進行資料庫的操作，如果字串物件是可變的，那麼第一步的合法性檢查就沒有意義了。

 

併發問題

不可變物件天然具備執行緒安全性，因為不用擔心兩個執行緒同時修改該物件時候產生的爭用問題。假設字串變數str = "hello"被多個執行緒同時使用，如果在某個執行緒中對str賦了新的字串值，那麼就會在字串常量池中生成一份新的字串，不會有併發爭用。

 

hashcode快取

在Java集合框架的很多資料結構中都用到了字串物件，例如HashMap、HashTable、HashSet等等，在這些資料結構的實現過程中，都使用hashcode()方法來進行hash操作。

由於字串物件的不變性，JDK將它的hashcode()做了快取，這樣對於同一個字串物件，只會在第一次呼叫它的hashcode()方法的時候進行計算，後面的呼叫直接使用快取中的值，這快取也提升了集合資料結構的效能。

 

總結

這個問題考察得比較細緻，需要用對應的案例進行理解，不可變的字串物件對於Java應用來說不可或缺，下圖是寫這篇文章時候用到的思維導圖，也分享給大家。