聊一聊Java字串的不可變
前言
在 Java 開發中 String （字串）物件是我們使用最頻繁的物件，也是很重要的物件。正是使用得如此頻繁，String 在實現層面上不斷進行優化，從 Java6 到 Java7，再到 Java9 的新實現 ，都是為了提升 String 物件的效能，而其中不變的是 String 所生俱來的特性：不可變。本文主要聊一聊 String 的不可變，以及為什麼存在的。
什麼是 String 的不可變
首先我們先來看下什麼是不可變物件：一旦物件被建立並初始化後，內部的狀態資料就會保持不變。檢視 JDK 原始碼中的 String 類，可以看到類本身被 final 修飾，並且內部的大部分屬性都是 final 修飾的，除了欄位 hash 是通過字串內容計算並快取起來的。這樣的行為讓 String 類無法被擴充套件，內部屬性也無法被修改。
接著我們再來用畫圖的形式來說明下 String 的不可變性。
通常我們初始化字串都是以下形式：
String 型別的引用變數 a 保留了一個字串物件 string 的引用，就如同下圖所示，箭頭則表示了變數 a 與真正 String 物件的引用關係。
再通過上述程式碼，我們將變數 a 賦值給變數 b ，變數 b 也儲存了字串物件 string的引用，它們指向的是同一個物件。
當我們嘗試對變數 a 重新賦值，看下對變數 b 會不會有影響呢
想必小夥伴一看就知道，列印的結果肯定是 string2,string，同樣用畫圖的方式展示這兩個變數與字串物件的引用關係。
將變數 a 重新賦值後，儲存了新的引用，而不是直接在原有的字串物件上進行資料改變，同時變數 b
string 的引用，變數 a 和 b 兩者相互獨立，不影響，這也正是說明瞭 String 物件的不可變。
在這裡初認 Java 的小夥伴還可能會有些困惑：對一個String物件 a 賦值 string，然後又讓 a 值為 string2，這個時候a的值變成 了string2,a 的值改變了，為什麼還說 String 物件不可變呢。
其實問題也很簡單，這裡的 a 只是儲存 String 物件的引用，並不是物件本身，a 儲存的是指向物件所在記憶體的地址引用罷了，當第二次賦值時，a 引用指向了物件 string2的記憶體地址，而物件 string2 是重新建立的，之前的 string
b 引用著。
除此之外，String 類的返回 String 物件的方法不會改變自身，都是返回一個新的 String 物件來實現，比如 concat，replace，substring 等等。
為什麼 String 需要不可變
聊完什麼是 String 的不可變後，接下來我們再說說 String 為什麼需要不可變呢，又有什麼好處呢？
字串常量池的實現
在Java中，我們通常有兩種方式建立字串物件，一種是通過字串字面量方式建立，就如上文的程式碼，另外一種就是通過 new 方式去建立，如 String c = new String("string 3"); 而兩者區別就在於通過字串字面量的方式建立時，JVM 會現在字串池中檢查字串內容是否已經存在，如果存在就會直接返回對應的引用，而不是再次分配記憶體進行建立，如果不存在就會分配在記憶體中建立的同時將字串資料快取在字串池中，便於重用。正是是由於字串的不可變，同樣的字串內容可以讓 JVM 可以減少額外的記憶體分配操作，直接使用在字串池中字串物件即可，對效能提升和記憶體節省都大有好處。
關於字串池，這裡稍微簡單介紹一下：**Java 的字串池屬於 JVM 專門給指定的特殊記憶體區域，用來儲存字串字面量。**在 Java 7 之前，分配於 JVM 的方法區內，屬於常量池的一部分；而 Java7 之後字串池被移至堆記憶體進行管理，這樣的好處就是允許被 JVM 進行垃圾回收操作，將未被引用的字串所佔記憶體即使回收，以此節省記憶體。
Hashcode 快取
字串作為基礎的資料結構，大量地應用在一些集合容器之中，尤其是一些雜湊集合，在雜湊集合中，存放元素都要根據物件的 hashCode() 方法來確定元素的位置。由於字串 hashcode 屬性不會變更，保證了唯一性，使得類似 HashMap，HashSet 等容器才能實現相應的快取功能。由於 String 的不可變，避免重複計算 hashcode，只有使用快取的 hashcode 即可，這樣一來大大提高了在雜湊集合中使用 String 物件的效能。
執行緒安全
在多執行緒中，只有不變的物件和值是執行緒安全的，可以在多個執行緒中共享資料。由於 String 天然的不可變，當一個執行緒”修改“了字串的值，只會產生一個新的字串物件，不會對其他執行緒的訪問產生副作用，訪問的都是同樣的字串資料，不需要任何同步操作。
安全性
由於字串無論在任何 Java 系統中都廣泛使用，會用來儲存敏感資訊，如賬號，密碼，網路路徑，檔案處理等場景裡，保證字串 String 類的安全性就尤為重要了，如果字串是可變的，容易被篡改，那我們就無法保證使用字串進行操作時，它是安全的，很有可能出現 SQL 注入，訪問危險檔案等操作。
結語
通過本文，我們介紹 String 是不可變的，可以將它們的引用可以被當作一個普通的變數來使用，無論是在方法間，還是執行緒間傳遞它們，都不用擔心它指向的實際 String 物件發生改變，並且不可變的特性也在語言層面和程式層面上帶了許多好處，在平常程式設計實踐中我們也應該多學習效仿，用 James Gosling，Java之父的話說就是”我會盡可能地使用不可變物件“。
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參考資料
- Diagram to show Java String’s Immutability：www.programcreek.com/2009/02/dia…
- Why String is Immutable in Java：www.baeldung.com/java-string…
- Guide to Java String Pool：www.baeldung.com/java-string…
- Why String is immutable in Java： www.programcreek.com/2013/04/why…
- The Structure of the Java Virtual Machine：docs.oracle.com/javase/spec…