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【小家java】String類為什麼要設計成final?不可變有什麼優點?

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原始碼解釋:

先貼一下String類的申明程式碼:

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {}

它最大的一個特點是被final修飾了。我們先看看官方怎麼解釋:

Strings are constant; their values cannot be changed after they are created. String buffers support mutable strings. Because String objects are immutable they can be shared.

翻譯如下:

字串是恆定的,建立之後它們的值不能被改變。StringBuffer是可變的strings.字串物件不可變讓它們可以被共享。

先認識final類

要了解為什麼,首先我們得分析一下final修飾類,這個類有什麼特點呢?
從安全上講:

  • final的出現就是為了為了不想改變
  • final 修飾的類是不被能繼承的,所以 final 修飾的類是不能被篡改的(因為不可能有子類了嘛)

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,而直接定位到String類的相關方法上,提高了執行效率 這點對提高效率特別重要
  • Java設計者認為共享帶來的效率更高(比如常量池、執行緒池都是這個概念)

設計者為什麼讓String被final修飾

首先我們有個共識,String類絕對是被我們使用得最多的一個類,沒有之一。所以它是Java非常底層的一個類,一個數據結構。由於使用得實在太多,所以在設計上做了安全性和效率性的考慮。(Java9在底層儲存結構上都進行了優化,旨在提高效率)

要理解這個問題,需要先了解以下幾點:

  • immutable ——不可改變
    • 不可改變類——是指類的狀態不變,一旦建立,狀態就是固定不變的
  • 字串池——String pool(常量池,實際上分為兩種形態:靜態常量池和執行時常量池)
    public static void main(String[] args)
{ String a = "HELLO"; String b = "HELLO"; String c = new String("HELLO"); String d = new String("HELLO"); System.out.println(a == b); //true 這裡true,字元池的效果體現出來了 System.out.println(b == c); //false System.out.println(c == d); //false System.out.println(a.equals(b)); //true equals都會返回true //intern()方法試用一把 c = c.intern(); System.out.println(b == c); //true 這裡直接也返回true了 }

String pools是為了提高JAVA記憶體利用率而採用的措施,當遇到String a = “HELLO”時,JAVA會先在字串池中查詢是否存在“HELLO”這個字串,如果沒有,則新建立一個物件,然後變數a指向這個地址,然後再遇到String b = “HELLO”時,由於字串池中以及有了“HELLO”這個物件,所以直接將變數b的地址指向“HELLO”,省去了重新分配的麻煩,如圖:
這裡寫圖片描述

在JAVA中,“==”對於兩個基本型別,判斷內容是否相等,對於物件判斷兩個物件的地址值是否相等

那麼String c = new String(“Hello”)又如何處理呢?

如果是這種寫法,則不會去訪問字串池,而是先為變數 c 開闢空間,然後將值寫入空間。所以b == c返回false,c == d同樣返回false。至於String的equals方法,因為它比較的不是物件的地址,而是物件的值,所以都返回true就不奇怪了。

Java虛擬機器有一個字串池,儲存著幾乎所有的字串物件。字串表示式總是指向字串池中的一個物件。使用new操作建立的字串物件不指向字串池中的物件

最後一句我們看到,當我們使用intern()方法後,會和池子的物件一樣的效果了。

簡單介紹下intern()方法的原理:如果池中已經有相同的 字串。有則直接返回池中的字串,否則先將字串新增到池中,再返回。這步操作相當於手動向常量池裡扔東西

另外,因為String是底層的類,且是使用最為廣泛的類。所以用final修飾,自然而然的方法也會被final修飾。因此在呼叫String的任何方法的時候,都採用JVM的內嵌機制,效率會有較大的提升

闡述設計成final類的優點

只有當字串是不可變的,字串池才有可能實現

字串池的實現可以在執行時節約很多heap空間,因為不同的字串變數都指向池中的同一個字串。但如果字串是可變的,那麼String interning將不能實現(注:String interning是指對不同的字串僅僅只儲存一個,即不會儲存多個相同的字串。),因為這樣的話,如果變數改變了它的值,那麼其它指向這個值的變數的值也會一起改變。

如果字串是可變的,那麼會引起很嚴重的安全問題

譬如,資料庫的使用者名稱、密碼都是以字串的形式傳入來獲得資料庫的連線,或者在socket程式設計中,主機名和埠都是以字串的形式傳入。因為字串是不可變的,所以它的值是不可改變的,否則黑客們可以鑽到空子,改變字串指向的物件的值,造成安全漏洞。

因為字串是不可變的,所以是多執行緒安全的

同一個字串例項可以被多個執行緒共享。這樣便不用因為執行緒安全問題而使用同步。字串自己便是執行緒安全的。

類載入器要用到字串,不可變性提供了安全性,以便正確的類被載入

譬如你想載入java.sql.Connection類,而這個值被改成了myhacked.Connection,那麼會對你的資料庫造成不可知的破壞。

作為Map的key,提高了訪問效率

因為字串是不可變的,所以在它建立的時候hashcode就被快取了,不需要重新計算。這就使得字串很適合作為Map中的鍵,字串的處理速度要快過其它的鍵物件。這就是HashMap中的鍵往往都使用字串。因為Map使用得也是非常之多,所以一舉兩得