Java中String是不可变的原因是什么

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在Java中String类是不可变的，简单来说，一个不可变的类就意味着他的实例是不可修改的，实例的所有信息都是在实例创建的时候被初始化并且不可被修改。不可变类的设计有很多优点。这篇博文主要从内存，同步和数据结构的角度来具体说明这种不可变的概念。 

String Pool的需要

String Pool（String intern pool）是在方法区的一块特殊存储区域。当一个String被创建时如果发现当前String已经存在于String Pool，则会返回一个已存在String的引用而不会新建一个对象。

以下代码只会创建一个String对象在堆内存中。

String string1 = "abcd";
String string2 = "abcd";

  下图是创建的过程：

如果一个String是可变的，改变了一个引用指向的String会导致其他引用得到错误的值。

缓存Hashcode

在Java中，对于String的Hashcode使用是非常频繁的，例如在HashMap或HashSet中。将String设计成不可变可以保证他的Hashcode始终一致，这样Hashcode就可以被缓存并且不用担心变化。这就意味着，不需要在每次使用String的时候都去计算他的Hashcode，这也使得程序运行的更加高效。

在String类中，关于Hashcode的代码如下

private int hash;//this is used to cache hash code.

简化其他对象的使用

为了更加详细的阐述，我们考虑以下程序：

HashSet set = new HashSet();
set.add(new String("a"));
set.add(new String("b"));
set.add(new String("c"));
 
for(String a: set)
a.value = "a";

在这个例子中，如果String是可变的，那么就会违背set的设计初衷（set包含不重复的元素）。当然，上面的例子只是为了论证，实际上String类中没有value这个字段。

安全

String在很多Java类中被广泛用作参数，例如网络连接，文件打开等。假设String是可变的，一个连接或者一个文件就可能被改变，这会导致严重的安全隐患。某个方法以为正在连接到一个机器，实际并没有。可变的String还可能在反射的时候引发安全问题，因为反射的参数类型也是String。

以下是代码示例：

boolean connect(string s){
    if (!isSecure(s)) {
throw new SecurityException();
}
    //here will cause problem, if s is changed before this by using other references.   
    causeProblem(s);
}

不可变对象天生线程安全

因为不可变对象不能被改变，他们可以在多线程中被自由的共享，这就消除了对象同步的需求。

总的来说，String被设计成不可变的出发点是效率和安全。这也是不可变类在很多情况下被优先使用的原因。

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