面試必問:Java中String類型為什么設(shè)計成不可變的?

這幾天在各大平臺上都看到過這樣一些帖子,全都是關(guān)于String類型對象不可變的問題,當然現(xiàn)在也是找工作的準備時期,因此花了一部分時間對其進行整理一下。

想要完全了解String,在這里我們需要解決以下幾個問題

(1)什么是不可變對象?

(2)String如何被設(shè)計成不可變對象的?

(3)有什么辦法能夠改變String?

(4)JAVA語言為什么把String類型設(shè)計成不可變?

帶著這些問題就可以開始今天的文章了。

一、什么是不可變對象

從字面意思也能夠理解,也就是我們的創(chuàng)建的對象不可改變。那什么是不可變呢?為了實現(xiàn)創(chuàng)建的對象不可變,java語言要求我們需要遵守以下5條規(guī)則:

(1)類內(nèi)部所有的字段都是final修飾的。

(2)類內(nèi)部所有的字段都是私有的,也就是被private修飾。

(3)類不能夠被集成和拓展。

(4)類不能夠?qū)ν馓峁┠男┠軌蛐薷膬?nèi)部狀態(tài)的方法,setter方法也不行。

(5)類內(nèi)部的字段如果是引用,也就是說可以指向可變對象,那我們程序員不能獲取這個應(yīng)用。

正是由于我們的String類型遵循了上面5條規(guī)則,所以才說String對象是不可變的。想要去了解他還是看看String類型內(nèi)部長什么樣子再來看上面5條規(guī)則吧。

二、String如何被設(shè)計成不可變對象的

1、疑惑一

在看之前,我們先給出一個疑惑問題,我們看下面的代碼,


在文章一開始我們就說了,String對象是不可變的,這里a=張三,然后a=李四,這符合String的不可變性嘛?答案是當然符合。


從上面這張圖我們可以看到,在第一次String a="張三"的時候,在堆中創(chuàng)建了同一個對象“張三”。后來我們在執(zhí)行a="李四"的時候再內(nèi)存中又創(chuàng)建了一個對象“李四”。也就是說我們的a僅僅只是改變了引用a指向的地址而已。

2、源碼解釋疑惑

既然a指向的引用地址改變了,那么其String內(nèi)部肯定有一個變量,能夠指向不同的實際對象,想要進一步弄清楚我們就進入其String的內(nèi)部來看看。

我們在這里主要通過String類的源碼來分析,看一下Java語言是如何設(shè)計,能把String類型設(shè)計成不可變的。這里給出的是jdk1.8的一部分源碼。


上面最主要的是兩個字段:value和hash。我們在這里主要是看value數(shù)組,hash和主題無關(guān)所以這里不再講解了,我有專門的文章介紹hash。

我們的String對象其實在內(nèi)部就是一個個字符然后存儲在這個value數(shù)組里面的。但是value對外沒有setValue的方法,所以整個String對象在外部看起來就是不可變的。我們畫一張圖解釋一下上面的疑惑


現(xiàn)在明白了吧,也就是說真正改變引用的是value,因為value也是一個數(shù)組引用。這也可以很方便的解釋下一個疑惑問題了。

3、疑惑二

既然我們的String是不可變的,好像內(nèi)部還有很多substring, replace, replaceAll這些操作的方法。好像都是對String對象改變了,解釋起來也很簡單,我們每次的replace這些操作,其實就是在堆內(nèi)存中創(chuàng)建了一個新的對象。然后我們的value指向不同的對象罷了。

面試的時候我們只是解釋上面的原因其實不是那么盡善盡美,想要更好的去加薪去裝逼,我們還需更進一步回答。

三、有什么辦法能夠改變String

既然有這個標題。那肯定就是有辦法的,別忘了我們的反射機制,在通常情況下,他可以做出一些違反語言設(shè)計原則的事情。這也是一個技巧,每當面試官問一些違反語言設(shè)計原則的問題,你就可以拿反射來反駁他。下面我們來看一下:


我們可以通過反射來改變String。

現(xiàn)在我們知道它的原理以及用法,也知道可以通過反射來改變String,還有一個問題我們沒有弄清楚,面試的時候你也可以反問他,來進一步提升自己的逼格。

四、JAVA語言為什么把String類型設(shè)計成不可變

這里有幾個特點。

第一:在Java程序中String類型是使用最多的,這就牽扯到大量的增刪改查,每次增刪改差之前其實jvm需要檢查一下這個String對象的安全性,就是通過hashcode,當設(shè)計成不可變對象時候,就保證了每次增刪改查的hashcode的唯一性,也就可以放心的操作。

第二:網(wǎng)絡(luò)連接地址URL,文件路徑path通常情況下都是以String類型保存, 假若String不是固定不變的,將會引起各種安全隱患。就好比我們的密碼不能以String的類型保存,,如果你將密碼以明文的形式保存成字符串,那么它將一直留在內(nèi)存中,直到垃圾收集器把它清除。而由于字符串被放在字符串緩沖池中以方便重復使用,所以它就可能在內(nèi)存中被保留很長時間,而這將導致安全隱患

第三:字符串值是被保留在常量池中的,也就是說假若字符串對象允許改變,那么將會導致各種邏輯錯誤

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