关于Java String 不可变性的分析

原创已于 2022-09-25 11:12:33 修改 · 584 阅读

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于 2022-09-25 11:09:35 首次发布

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探讨Java中String对象的不可变性原理及其线程安全性，分析String对象的内部实现，并解释常见误解。

做Java开发的都知道，String具有不可变性，这个不可变性，怎么理解？因为用String时大家都有一个常识性的认识，那就是String初始化后，我是可以对其重新赋值的，比如：

String str1 = "123";
str1 = "1234";

明明是可以“变”的啊，什么叫不可变？下面我们来分析一下：

一、首先我们来分析下什么是String的不可变性

我们来看看String类的源代码：

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    /** The value is used for character storage. */
    private final char value[];

从源码中我们可以看到3个信息：

1、String 类是final的，其不可被继承

2、value[]数组是私有的，且是final的，其引用指向的对象不可被修改

3、String类的方法中，没有任何方法对value[]数组做修改

以上3个信息，能得出以下结论：

String对象一旦被初始化，其value[]数组的值就不会被修改了，没有子类，也没有成员方法可以修改其值。这就是String对象的不可变性。

二、不可变性的作用

不可变性保证了String对象的线程安全，所以在高并发多线程情况下可以放心使用String对象。

三、对String值“可变”这一常识的解释

有人问了，那这段代码代表什么？

String str1 = "123";
str1 = "1234";

我们用一代测试代码来分析一下：

System.out.println("***************************************");

String str1 = "123";
Field field = String.class.getDeclaredField("value");
field.setAccessible(true);
char[] value = (char[]) field.get(str1);
value[0] = '0';

System.out.println("str1========>>>>"+str1);

String str2 = "123";
System.out.println("str2========>>>>"+str2);

String str3="023";
System.out.println("023"==str1);
System.out.println("023".equals(str1));

System.out.println("123" == str1);
System.out.println("123".equals(str1));

System.out.println("***************************************");

运行结果是：

***************************************
str1========>>>>023
str2========>>>>023
false
true
true
true
***************************************

这是不是很违反我们的常识？

1、str1已经被重新赋值为“023”,而str2是被赋值为“123"而且没有被改过，为什么str2的值是023？

2、str3被初始化为"023”，为什么用“==str1”得到的是false，用“equals(str1)"得到的是true？

3、str1的值不是被重新赋值为”023“了吗，为什么”"123" == str1”和“"123".equals(str1)”都是true？

我们现在来分析下为什么会是这样的结果：

1、先来看“==”号和“equals"在String比较中的含义有何不同：

我们都知道”==”号在进行String类型比较时，比较的是引用指向的对象的地址，而equals方法做了什么呢，我们来看源码：

   public boolean equals(Object anObject) {
        if (this == anObject) {
            return true;
        }
        if (anObject instanceof String) {
            String anotherString = (String)anObject;
            int n = value.length;
            if (n == anotherString.value.length) {
                char v1[] = value;
                char v2[] = anotherString.value;
                int i = 0;
                while (n-- != 0) {
                    if (v1[i] != v2[i])
                        return false;
                    i++;
                }
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

可以看到，equals方法先是比较对象地址，然后再比较对象的value值。通过前文中我们的分析，可以知道，String对象一旦被初始化，其对象的地址是不会被改变的，所以，通过==号来比较，如果相同，则一定是同一个对象。但是用equals方法不同，equals方法先对对象地址比较，如果地址不同，会再进行值的比较。

那我们再对前文中的测试代码进行分析，就不难知道为什么看上去会出现一些违反我们常识的结果了。

String str1="123";

String str2="123";

这其中str1和str2其实只是2个引用指向了同一个对象（Java是怎么让String的多个引用指向同一个对象地址，后面再讲）。所以：

1、当我们用反射修改了str1指向的对象的值为“023”，那当我们想输出str2指向的对象的值时，当然显示的也是“023"，而不是我们常识性地认为是初始化的”123“。

2、当我们明明修改了str1对象的值为"023”，而我们不管用”123“==str1还是“123”equals(str1)，得到的还是true，是因为==号和equals都是先判断两个对象地址是否相同，当地址相同了，即便value值被修改了，得到的还是true的结果。

而下面这句：

String str3="023"，则是创建了一个和”123“不同的对象，str3指向的对象的地址和str1、str2是不同的。所以：

1、当我们用==号比较str1和str3时，得到的是false的结果，因为这2个引用指向的对象地址是不一样的。

2、当我们用str3.equals(str1)时，得到的是true的结果，是因为这2个引用指向对象的值是一样的。

四、总结

通过前面三部分的分析，我们可以得出以下结论：