為什麼String要設計成不可變的?

翻譯人員: 鐵錨

翻譯日期: 2013年11月18日

原文連結: Why string is immutable in Java ?

這是一個老生常談的話題(This is an old yet still popular question). 在Java中将String設計成不可變的是綜合考慮到各種因素的結果,想要了解這個問題,需要綜合記憶體,同步,資料結構以及安全等方面的考慮. 在下文中,我将為各種原因做一個小結。

1. 字元串常量池的需要

字元串常量池(String pool, String intern pool, String保留池) 是Java堆記憶體中一個特殊的存儲區域, 當建立一個String對象時,假如此字元串值已經存在于常量池中,則不會建立一個新的對象,而是引用已經存在的對象。

如下面的代碼所示,将會在堆記憶體中隻建立一個實際String對象.

String s1 = "abcd";
String s2 = "abcd";
           

示意圖如下所示:

圖1

假若字元串對象允許改變,那麼将會導緻各種邏輯錯誤,比如改變一個對象會影響到另一個獨立對象. 嚴格來說，這種常量池的思想,是一種優化手段.

請思考: 假若代碼如下所示，s1和s2還會指向同一個實際的String對象嗎?

String s1= "ab" + "cd";
String s2= "abc" + "d";
           

也許這個問題違反新手的直覺, 但是考慮到現代編譯器會進行正常的優化, 是以他們都會指向常量池中的同一個對象. 或者,你可以用 jd-gui 之類的工具檢視一下編譯後的class檔案.

2. 允許String對象緩存HashCode

Java中String對象的哈希碼被頻繁地使用, 比如在hashMap 等容器中。

字元串不變性保證了hash碼的唯一性,是以可以放心地進行緩存.這也是一種性能優化手段,意味着不必每次都去計算新的哈希碼. 在String類的定義中有如下代碼:

private int hash;//用來緩存HashCode
           

3. 安全性

String被許多的Java類(庫)用來當做參數,例如 網絡連接配接位址URL,檔案路徑path,還有反射機制所需要的String參數等, 假若String不是固定不變的,将會引起各種安全隐患。

假如有如下的代碼:

boolean connect(string s){
    if (!isSecure(s)) { 
throw new SecurityException(); 
}
    // 如果在其他地方可以修改String,那麼此處就會引起各種預料不到的問題/錯誤 
    causeProblem(s);
}
           

總體來說, String不可變的原因包括 設計考慮,效率優化問題,以及安全性這三大方面. 事實上,這也是Java面試中的許多 "為什麼" 的答案。

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