如何給女朋友解釋為什么Java里面的String對象是不可變的？

String的不變性

String在Java中特別常用，相信很多人都看過他的源碼，在JDK中，關于String的類聲明是這樣的：

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

可以看到，String類是final類型的，那么也就是說，String是一個不可變對象。

不可變對象是在完全創(chuàng)建后其內(nèi)部狀態(tài)保持不變的對象。這意味著，一旦對象被賦值給變量，我們既不能更新引用，也不能通過任何方式改變內(nèi)部狀態(tài)。

可是有人會有疑惑，String為什么不可變，我的代碼中經(jīng)常改變String的值啊，如下：

String s = "abcd";
s = s.concat("ef");

這樣，操作，不就將原本的"abcd"的字符串改變成"abcdef"了么？

但是，雖然字符串內(nèi)容看上去從"abcd"變成了"abcdef"，但是實際上，我們得到的已經(jīng)是一個新的字符串了。

如上圖，在堆中重新創(chuàng)建了一個"abcdef"字符串，和"abcd"并不是同一個對象。

所以，一旦一個string對象在內(nèi)存(堆)中被創(chuàng)建出來，他就無法被修改。而且，String類的所有方法都沒有改變字符串本身的值，都是返回了一個新的對象。

如果我們想要一個可修改的字符串，可以選擇StringBuffer 或者 StringBuilder這兩個代替String。

為什么String要設計成不可變

在知道了"String是不可變"的之后，大家是不是一定都很疑惑：為什么要把String設計成不可變的呢？有什么好處呢？

這個問題，困擾過很多人，甚至有人直接問過Java的創(chuàng)始人James Gosling。

在一次采訪中James Gosling被問到什么時候應該使用不可變變量，他給出的回答是:

I would use an immutable whenever I can.

那么，他給出這個答案背后的原因是什么呢？是基于哪些思考的呢？

其實，主要是從緩存、安全性、線程安全和性能等角度觸發(fā)的。

緩存 

字符串是使用最廣泛的數(shù)據(jù)結構。大量的字符串的創(chuàng)建是非常耗費資源的，所以，Java提供了對字符串的緩存功能，可以大大的節(jié)省堆空間。

JVM中專門開辟了一部分空間來存儲Java字符串，那就是字符串池。

通過字符串池，兩個內(nèi)容相同的字符串變量，可以從池中指向同一個字符串對象，從而節(jié)省了關鍵的內(nèi)存資源。

String s = "abcd";
String s2 = s;

對于這個例子，s和s2都表示"abcd"，所以他們會指向字符串池中的同一個字符串對象：

但是，之所以可以這么做，主要是因為字符串的不變性。試想一下，如果字符串是可變的，我們一旦修改了s的內(nèi)容，那必然導致s2的內(nèi)容也被動的改變了，這顯然不是我們想看到的。

安全性 

字符串在Java應用程序中廣泛用于存儲敏感信息，如用戶名、密碼、連接url、網(wǎng)絡連接等。JVM類加載器在加載類的時也廣泛地使用它。

因此，保護String類對于提升整個應用程序的安全性至關重要。

當我們在程序中傳遞一個字符串的時候，如果這個字符串的內(nèi)容是不可變的，那么我們就可以相信這個字符串中的內(nèi)容。

但是，如果是可變的，那么這個字符串內(nèi)容就可能隨時都被修改。那么這個字符串內(nèi)容就完全可信了。這樣整個系統(tǒng)就沒有安全性可言了。

線程安全

不可變會自動使字符串成為線程安全的，因為當從多個線程訪問它們時，它們不會被更改。

因此，一般來說，不可變對象可以在同時運行的多個線程之間共享。它們也是線程安全的，因為如果線程更改了值，那么將在字符串池中創(chuàng)建一個新的字符串，而不是修改相同的值。因此，字符串對于多線程來說是安全的。

hashcode緩存

由于字符串對象被廣泛地用作數(shù)據(jù)結構，它們也被廣泛地用于哈希實現(xiàn)，如HashMap、HashTable、HashSet等。在對這些散列實現(xiàn)進行操作時，經(jīng)常調(diào)用hashCode()方法。

不可變性保證了字符串的值不會改變。因此，hashCode()方法在String類中被重寫，以方便緩存，這樣在第一次hashCode()調(diào)用期間計算和緩存散列，并從那時起返回相同的值。

在String類中，有以下代碼：

private int hash;//this is used to cache hash code.

性能

前面提到了的字符串池、hashcode緩存等，都是提升性能的提現(xiàn)。

因為字符串不可變，所以可以用字符串池緩存，可以大大節(jié)省堆內(nèi)存。而且還可以提前對hashcode進行緩存，更加高效

由于字符串是應用最廣泛的數(shù)據(jù)結構，提高字符串的性能對提高整個應用程序的總體性能有相當大的影響。

總結

通過本文，我們可以得出這樣的結論：字符串是不可變的，因此它們的引用可以被視為普通變量，可以在方法之間和線程之間傳遞它們，而不必擔心它所指向的實際字符串對象是否會改變。

我們還了解了促使Java語言設計人員將該類設置為不可變類的其他原因。主要考慮的是緩存、安全性、線程安全和性能等方面