在java中String类为什么要设计成final?
来源:互联网 发布:数据恢复大师下载 编辑:程序博客网 时间:2024/06/05 23:56
大白话解释就是:String很多实用的特性,比如说“不可变性”,是工程师精心设计的艺术品!艺术品易碎!用final就是拒绝继承,防止世界被熊孩子破坏,维护世界和平!
1. 什么是不可变?
String不可变很简单,如下图,给一个已有字符串”abcd”第二次赋值成”abcedl”,不是在原内存地址上修改数据,而是重新指向一个新对象,新地址。
2. String为什么不可变?
翻开JDK源码,java.lang.String类起手前三行,是这样写的:
public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence { /** String本质是个char数组. 而且用final关键字修饰.*/ private final char value[]; ... ...}
首先String类是用final关键字修饰,这说明String不可继承。再看下面,String类的主力成员字段value是个char[ ]数组,而且是用final修饰的。final修饰的字段创建以后就不可改变。
有的人以为故事就这样完了,其实没有。因为虽然value是不可变,也只是value这个引用地址不可变。挡不住Array数组是可变的事实。Array的数据结构看下图,
也就是说Array变量只是stack上的一个引用,数组的本体结构在heap堆。String类里的value用final修饰,只是说stack里的这个叫value的引用地址不可变。没有说堆里array本身数据不可变。看下面这个例子,
final int[] value={1,2,3};int [] another = {4,5,6};value = another;//编译器报错,final不可变
value用final修饰,编译器不允许我把value指向堆区另一个地址。但如果我直接对数组元素动手,分分钟搞定。
final int[] value={1,2,3};Array.set(array,2,100); //数组也被改成{1,2,100}
或者 说用更粗暴的反射直接改,也是可以的。
final int[] array={1,2,3};Array.set(array,2,100); //数组也被改成{1,2,100}
所以String是不可变,关键是因为SUN公司的工程师,在后面所有String的方法里很小心的没有去动Array里的元素,没有暴露内部成员字段。private final char value[]这一句里,private的私有访问权限的作用都比final大。而且设计师还很小心地把整个String设成final禁止继承,避免被其他人继承后破坏。所以String是不可变的关键都在底层的实现,而不是一个final。考验的是工程师构造数据类型,封装数据的功力。
3. 不可变有什么好处?
这个最简单地原因,就是为了安全。看下面这个场景,一个函数appendStr( )在不可变的String参数后面加上一段“bbb”后返回。appendSb( )负责在可变的StringBuilder后面加“bbb”。
public class Test{ //不可变的String public static String appendStr(String s){ s += "bbb"; return s; } //可变的StringBuilder public static StringBuilder appendSB(StringBuilder sb){ return sb.append("bbb"); } public static void main(String[] args) { //String做参数 String s = new String("sss"); String ns = Test.appendStr(s); System.out.println("String aaa >>>" + s.toString()); //StringBuilder做参数 StringBuilder sb = new StringBuilder("aaa"); StringBuilder nsb = Test.appendSB(sb); System.out.println("StringBuilder aaa >>>" + sb.toString()); }}
输出内容
String aaa >>>sssStringBuilder aaa >>>aaabbb
如果程序员不小心像上面例子里,直接在传进来的参数上加”bbb”,因为Java对象参数传的是引用,所以可变的的StringBuffer参数就被改变了。可以看到变量sb在Test.appendSb(sb)操作之后,就变成了”aaabbb”。有的时候这可能不是程序员的本意。所以String不可变的安全性就体现在这里。
再看下面这个HashSet用StringBuilder做元素的场景,问题就更严重了,而且更隐蔽。
public class Test{ public static void main(String[] args) { HashSet<StringBuilder> hs = new HashSet<StringBuilder>(); StringBuilder sb1= new StringBuilder("aaa"); StringBuilder sb2= new StringBuilder("aaabbb"); hs.add(sb1); hs.add(sb2); System.out.println("修改前:"+ hs.toString()); StringBuilder sb3 = sb1; sb3.append("bbb"); System.out.println("修改后:"+ hs.toString()); }}
结果
修改前:[aaa, aaabbb]修改后:[aaabbb, aaabbb]
StringBuilder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。
还有一个大家都知道,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有危险。不可变对象不能被写,所以线程安全。
最后别忘了String另外一个字符串常量池的属性。像下面这样字符串one和two都用字面量”something”赋值。它们其实都指向同一个内存地址。
String one = "someString";String two = "someString";
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。要是内存里字符串内容能改来改去,这么做就完全没有意义了。
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