java中String类为什么要设计成final？

2020-05-26 本文已影响0人互联网混凝土瞬移师

首先要理解final的用途，final修饰符可以修饰类、方法和变量。

final修饰类：被修饰类不可被继承。
final修饰方法：被修饰方法不可被重写。
final修饰变量：被修饰变量的引用不可被修改。

String为什么不可变？

翻开JDK源码，java.lang.String类如下所示：

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    // 用于存储字符串的值
    private final char value[];
    // 缓存字符串的 hash code
    private int hash; // Default to 0
    // ......其他内容
}

String类是用final修饰，这说明String不可被继承；
String类的关键底层实现成员value是一个char[]，同样被final修饰，这说明value的引用不可被修改。
注意：value的不可变，是指value的引用地址不可变，value所指向的char[]数组本体是可以改变的。
```
final int[] value = {1, 2, 3, 4, 5};
// value = {6, 7, 8, 9, 10};// 编译器报错，被final修饰的value，其引用地址不可变
value[3] = 99;
System.out.println(Arrays.toString(value));// [1, 2, 3, 99, 5]，数组本体已被改变
```
value只是数组本体在stack栈上的一个引用，数组本体存在于heap堆中。
正因为数组本体仍然是可变的，故起作用的另外一个关键在于：private私有访问权限，不对外暴露内部成员字段。其作用比final还要大。
String类的另外一个成员hash，被设计用于缓存当前字符串的hash code，字符串初始化完成后，其hash code就被缓存下来，之后的获取不需要再重新计算。这就要求String类一定是不可变的，避免其被外界继承导致结构破坏的可能性。
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。

所以，【String类被设计成final不可被继承，避免被外部继承破坏结构破坏】 + 【成员char[]被修饰为final不可被修改，同时被private修饰，不对外暴露】，这两部分共同保证了String的不可变。

不可变有什么好处？

安全
对比如下2段代码

  @Test
  public void test02() {
      HashSet<String> set = new HashSet<>();

      String s1 = new String("aaa");
      String s2 = new String("aaabbb");
      set.add(s1);
      set.add(s2);// 此时HashSet内部为：{"aaa","aaabbb"}

      String s3 = s1;// 在此处变量s3的引用先指向s1
      s3 += "bbb";// 然后修改变量s3

      System.out.println(set);// 由于String的不可变性，HashSet内部仍为：{"aaa","aaabbb"}
  }

  @Test
  public void test03() {
      HashSet<StringBuilder> set = new HashSet<>();

      StringBuilder sb1 = new StringBuilder("aaa");
      StringBuilder sb2 = new StringBuilder("aaabbb");
      set.add(sb1);
      set.add(sb2);// 此时HashSet内部为：{"aaa","aaabbb"}

      StringBuilder sb3 = sb1;// 在此处变量sb3的引用先指向sb1
      sb3.append("bbb");// 然后修改变量sb3

      System.out.println(set);// 由于StringBuilder不具备不可变性的保护，sb3直接在sb1的引用对象上修改，导致HashSet内部变更为：{"aaabbb","aaabbb"}，不仅如此，更严重的是还破坏了hashset键值的唯一性
  }

StringBuilder类型变量sb1和sb2分别指向了堆内的字面量"aaa"和"aaabbb"。把他们都插入一个HashSet。到这一步没问题。但如果后面我把变量sb3也指向sb1的地址，再改变sb3的值，因为StringBuilder没有不可变性的保护，sb3直接在原先"aaa"的地址上改。导致sb1的值也变了。这时候，HashSet上就出现了两个相等的键值"aaabbb"，破坏了HashSet键值的唯一性。
所以：千万不要用可变类型做HashMap和HashSet键值。

还有一点，就是在并发场景下，多个线程同时读一个资源，是不会引发竟态条件的。只有对资源做写操作才会有危险。不可变对象不能被写，所以也保证了线程安全。

高效
String的不可变性决定其支持字符串常量池。字符串常量池可以缓存字符串，提高程序运行效率。

像下面这样字符串s1和s2都用字面量"java"赋值。它们其实都指向同一个内存地址。
```
String s1 = "java";
String s2 = "java";
```
这样在大量使用字符串的情况下，可以节省内存空间，提高效率。但之所以能实现这个特性，String的不可变性是最基本的一个必要条件。试想，若String没有不可变性保护，常量池中字符串内容能改来改去，则字符串常量池便失去任何意义。

java中String类为什么要设计成final？

String为什么不可变？

不可变有什么好处？

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