String類在java中是immutable(不可變)，因為它被關鍵字final修飾。當String例項建立時就會被初始化，並且以後無法修改例項資訊。String類是工程師精心設計的藝術品。

1.String為什麼不可變？

        要了解String類建立的例項為什麼不可變，首先要知道final關鍵字的作用：final的意思是“最終，最後”。final關鍵字可以修飾類、方法、欄位。修飾類時，這個類不可以被繼承；修飾方法時，這個方法就不可以被覆蓋(重寫)，在JVM中也就只有一個版本的方法--實方法；修飾字段時，這個欄位就是一個常量。

        檢視java.lang.String方法時，可以看到：

/**
 * The String class represents character strings. All string literals in Java programs, such as "abc",
 * are implemented as instances of this class.
*/
public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    /** The value is used for character storage. */
    private final char value[];
   ...
}
 

"The String class represents character strings"意思是String類表示字串；String類被關鍵字final修飾，可以說明它不可被繼承；從"private final char value[]"可知，String本質上是一個char陣列。

        String類的成員欄位value是一個char[]陣列，而且也是用final關鍵字修飾，被final關鍵字修飾的欄位在建立後其值是不可變的，但也只是value這個引用地址不可變，可是Array陣列的值卻是可變的，Array陣列資料結構如下圖所示：

從圖中可以看出，Array變數只是棧上(stack)的一個引用，陣列中的資料儲存在堆上(heap)。String類裡的value是用final修飾，只能說在棧上(stack)這個value的引用地址不可變，可沒說堆裡的Array本身資料不可變。看下面這個例子：

final int[] value = {1,2,3,4,5};
int otherValue = {6,7,8,9,10};
value = otherValue;//編譯報錯

value是被final關鍵字修飾的，編譯器不允許把value指向堆另外一個地址；但如果直接對陣列元素進行賦值，就允許；如下面這個例子：

final int[] value  = {1,2,3,4,5};
value[0] = 0;

        所以說String是不可變，在後面所有的String方法裡沒有去動Array中的元素，也沒有暴露內部成員欄位。private  final char value[],private的私有訪問許可權的作用都比final大。所以String是不可變的關鍵都是在底層實現的，而不是一個簡單的final關鍵字。

2.String類例項不可變的記憶體結構圖

        String類例項不可變很簡單，如下圖所示是String類例項不可變的記憶體結構圖：

有一個字串s的值為"abcd"，它再次被賦值為"abcdef"，不是在原堆的地址上修改資料，而是重新指向一個新的物件，新的地址。

3.字串常量池

        字串常量池是方法區(Method Area)中一個特殊的儲存區域。當一個字串被建立時，如果這個字串的值已經存在String pool中，就返回這個已經存在的字串引用，而不是建立一個新的物件。下面的程式碼只會在堆中建立一個物件：

String name="abcd";
String userName="abcd";

這樣在大量使用字串的情況下，可以節省記憶體空間，提高效率。但之所以能實現這個特性，String的不可變性是最基礎的一個必要條件。

4.String類不可變有什麼好處？

    最簡單的就是為了安全和效率。從安全上講，因為不可變的物件不能被改變，他們可以在多個執行緒之間進行自由共享，這消除了進行同步的要求；從效率上講，設計成final，JVM才不用對相關方法在虛擬函式表中查詢，而是直接定位到String類的相關方法上，提高執行效率；總之，由於效率和安全問題，String被設計成不可變的，這也是一般情況下，不可變的類是首選的原因。

5.不可變類

        不可變類只是它的例項不能被修改的類。每個例項中包含的所有資訊都必須在建立該例項時就提供，並在物件 的整個生命週期內固定不變。String、基本型別的包裝類、BigInteger和BigDecimal就是不可變得類。

        為了使類成為不可變，必須遵循以下5條規則：①不要提供任何會修改物件狀態的方法。②保證類不會被擴充套件。③使所有的域都是final。④使所有的域都成為私有的。⑤確保 對於任何可變元件的互斥訪問。如果類具有指向可變物件的域，則必須確保該類的客戶端無法獲得指向這些物件的引用。

6.不可變類的優點和缺點

        不可變類例項不可變性，具有很多優點。①不可變類物件比較簡單。不可變物件可以只有一種狀態，即被建立時的狀態。②不可變物件本質上是執行緒安全的，它們不要求同步。當多個執行緒併發訪問這樣的物件時，它們不會遭到破壞。實際上，沒有任何執行緒會注意到其他執行緒對於不可變物件的影響。所以，不可變物件可以被自由地分配。“不可變物件可以被自由地分配”導致的結果是：永遠不需要進行保護性拷貝。③不僅可以共享不可變物件，甚至也可以共享它們的內部資訊。④不可變物件為其他物件提供了大量的構件。如果知道一個複雜物件內部的元件不會改變，要維護它的不變性約束是比較容易的。

        不可變類真正唯一的缺點是，對於每個不同的值都需要一個單獨的物件。建立這種物件的代價很高。

7.如何構建不可變類？

        構建不可變類有兩種方式：用關鍵字final修飾類和讓類的所有構造器都變成私有的或者包級私有的，並新增公有的靜態工廠來替代公有的構造器。

        為了具體說明用靜態工廠方法來替代公有的構造器，下面以Complex為例：

//複數類
public class Complex{
    //實數部分
    private final double re;
    //虛數部分
    private final double im;
    //私有構造器
    private Complex(double re,double im){
        this.re = re;
        this.im = im;
    }
    //靜態工廠方法，返回物件唯一例項
    public static Complex valueOf(double re,double im){
        return new Complex(re,im);
    }
    ...
}

        不可變的類提供一些靜態工廠方法，它們把頻繁請求的例項快取起來，從而當現在例項符合請求的時候，就不必建立新的例項。使用這樣的靜態工廠方法使得客戶端之間可以共享現有的例項，而不是建立新的例項，從而減低記憶體佔用和垃圾回收的成本。

        總之，使類的可變性最小化。不要為每個get方法編寫一個相對應的set方法，除非有很好的理由要讓類成為可變的類，否則就應該是不可變的。如果有些類不能被做成是不可變的，仍然應該儘可能地限制它的可變性。不可變的類有很多優點，但唯一的缺點就是在特定的情況下存在潛在的效能問題。

PS：靜態工廠方法是什麼？

靜態工廠方法只是一個返回類的例項的靜態方法，如下面是一個Boolean的簡單例項。這個方法將boolean基本型別值轉換成一個Boolean物件引用。

public static Boolean valueOf(boolean b){
    return b?Boolean.TRUE?Boolean.FALSE;
}

靜態工廠方法相對於構造器來說，具有很多優勢：

①建立的方法有名字；

②不必在每次呼叫它們的時候都建立一個新的物件；

③可以返回原返回型別的任何子類的物件。這樣我們在選擇返回物件的類時就有更大的靈活性，這種靈活性的一種應用是API可以返回物件，同時又不會使物件的類變成公有的。以這種方式隱藏實現類會使API變得非常簡潔，這項技術適用於基於介面的框架。

④在建立引數化型別例項時，它們使程式碼變得更加簡潔。編譯器可以替你找到型別引數，這被稱為型別推導。如下面這個例子

public static<k,v> HashMap<k,v> newInstance(){
    return new HashMap<k,v>();
}

靜態工廠方法也有缺點：

①類如果不含公有的或者受保護的構造器，就不能被子類化。對於公有的靜態工廠方法所返回的非公有類也同樣如此。

②它們與靜態方法實際上沒有什麼區別。

簡而言之，靜態工廠方法和公有構造器都各有用處，我們需要理解它們各自的長處。結合實際情況，再做選擇。