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文中相關源碼： String.java
今天來說說 String。
貫穿全文，你需要始終記住這句話，String 是不可變類 。其實前面說過的所有基本數據類型包裝類都是不可變類，但是在 String 的源碼中，不可變類 的概念體現的更加淋漓盡致。所以，在閱讀 String 源碼的同時，抽絲剝繭，你會對不可變類有更深的理解。
什么是不可變類 ？
首先來看一下什么是不可變類？Effective Java 第三版 第 17 條 使不可變性最小化 中對 不可變類 的解釋：
不可變類是指其實例不能被修改的類。每個實例中包含的所有信息都必須在創建該實例的時候就提供，并在對象的整個生命周期 (lifetime) 內固定不變 。
為了使類成為不可變，要遵循下面五條規則：不要提供任何會修改對象狀態的方法（也稱為設值方法） 。
保證類不會被擴展。 為了防止子類化，一般做法是聲明這個類成為 final 的。
聲明所有的域都是 final 的。
聲明所有的域都為私有的。 這樣可以防止客戶端獲得訪問被域引用的可變對象的權限，并防止客戶端直接修改這些對象 。
確保對于任何可變組件的互斥訪問。 如果類具有指向可變對象的域，則必須確保該類的客戶端無法獲得指向這些對象的引用 。 并且，永遠不要用客戶端提供的對象引用來初始化這樣的域，也不要從任何訪問方法（ accessor）中返回該對象引用 。 在構造器、訪問方法和 readObject 方法（詳見第 88 條）中請使用保護性拷貝（ defensive copy ）技術（詳見第50 條） 。
根據這五條原則，來品嘗一下 String.java 吧！
類定義
public final class String
implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {}
對應原則第二點 保證類不會被擴展，使用 final 修飾。此外：
字段
private final char value[]; // 儲存字符串 private int hash; // 哈希值，默認為 0 private static final long serialVersionUID = -6849794470754667710L; // 序列化標識
看起來 String 是一個獨立的對象，其實它是使用基本數據類型的數組 char[] 實現的。作為使用者，我們不需要打開 String 的黑匣子，直接根據它的 API 使用就可以了，這正是 Java 的封裝性的體現。但是作為開發者，我們就有必要一探究竟了。
private final char value[] , 對應原則中第三條和第四條，聲明所有的域都是 final 的 ，聲明所有的域都為私有的。看到這里，你大概明白了一點為什么 String 不可變。因為真正用來存儲字符串的字符數組是 final 修飾的，是不可變的。
構造函數
String 的構造函數很多，大致可以分為以下四種：
無參構造
public String() {
this.value = "".value;
}
無參構造默認構建一個空字符串。鑒于 String 是不可變類，所以此構造器并沒有什么意義，一般你也不會去構建一個不可變的空字符串對象。
參數是 byte[]
public String(byte bytes[]) {}
public String(byte bytes[], int offset, int length) {}
public String(byte bytes[], Charset charset) {}
public String(byte bytes[], String charsetName) {}
public String(byte bytes[], int offset, int length, Charset charset) {}
public String(byte bytes[], int offset, int length, String charsetName) {}
已經廢棄的就不再列舉了。上面這些構造函數都差不多，最后都是調用 StringCoding.decode() 方法將字節數組轉換為字符數組，再賦值給 value[]。這里要注意一點，參數未指定編碼格式的話，默認使用系統的編碼格式，如果沒有獲取到系統編碼格式，則使用 ISO-8859-1 格式。
參數是 char[]
參數是 char[] 的構造函數有 3 個，逐個看一下：
public String(char value[]) {
this.value = Arrays.copyOf(value, value.length);
}
為了保證不可變性，并沒有直接賦值，this.value = value。而是使用 Arrays.copy() 方法將參數中的字符數組內容拷貝到 value[] 中。防止參數中字符數組的改變破壞了不可變性。
第二個：
public String(char value[], int offset, int count) {
if (offset < 0) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(offset);
}
if (count <= 0) {
if (count < 0) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(count);
}
if (offset <= value.length) {
this.value = "".value;
return;
}
}
// Note: offset or count might be near -1>>>1.
if (offset > value.length - count) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(offset + count);
}
this.value = Arrays.copyOfRange(value, offset, offset+count);
}
和上面的構造函數一樣，只是截取了參數中字符數組的一部分來構建字符串。
第三個：
/*
* Package private constructor which shares value array for speed.
* this constructor is always expected to be called with share==true.
* a separate constructor is needed because we already have a public
* String(char[]) constructor that makes a copy of the given char[].
*
* 僅當前包可使用。
* 直接將 this.value 指向參數中的 char[]，不再進行 copy 操作
* 性能好，節省內存，外包不可使用，也不會破壞不可變性
*/
String(char[] value, boolean share) {
// assert share : "unshared not supported";
this.value = value;
}
這里的 share 一般只能為 true，雖然并沒有使用到。增加這個參數是為了和第一個構造函數區分開來，表示 value[] 共享了參數中的字符數組，因為這里是直接賦值的，并沒有使用 Arrays.copy() 。那這不是破壞了 String 的不可變性嗎？其實并沒有，因為你根本沒法調用這個構造函數，它的包私有的。但是在 JDK 內部你可以發現它的身影，
沒有了 copy 操作，大幅提高了效率。但是為了保證不可變性，外部是不能調用的。
其他構造函數
// 基于代碼點
public String(int[] codePoints, int offset, int count) {}
// 基于 StringBuffer，需要同步
public String(StringBuffer buffer) {
synchronized(buffer) {
this.value = Arrays.copyOf(buffer.getValue(), buffer.length());
}
}
// 基于 StringBuilder，不需要同步
public String(StringBuilder builder) {
this.value = Arrays.copyOf(builder.getValue(), builder.length());
}
方法
回頭再看一下 String 的不可變性，value[] 是 private final 修飾的，這樣就真的可以保證不可變嗎？
final char[] value = {'a','b','c'};
value[1] = 'd';
這是不是就輕而易舉的打破了不可變性？final value[] 只能保證其引用不能再指向其他內存地址，但是其真正的值還是可以改變的。所以僅僅通過一個 final 是無法保證其值不變的，如果類本身提供方法修改實例值，那就沒有辦法保證不變性了。對應原則中第一條，不要提供任何會修改對象狀態的方法，String 百分之百做到了這一點，它沒有對外提供任何可以修改 value 的方法。
在 String 中有許多對字符串進行操作的函數，例如 substring concat replace replaceAll 等等，這些函數是否會修改類中的 value 域呢？下面就來看一看源碼。
substring(int beginIndex)
public String substring(int beginIndex) {
if (beginIndex < 0) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(beginIndex);
}
int subLen = value.length - beginIndex;
if (subLen < 0) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(subLen);
}
// beginIndex 不為 0， 返回一個 新的 String 對象
return (beginIndex == 0) ? this : new String(value, beginIndex, subLen);
}
concat(String str)
public String concat(String str) {
int otherLen = str.length();
if (otherLen == 0) {
return this;
}
int len = value.length;
char buf[] = Arrays.copyOf(value, len + otherLen);
str.getChars(buf, len);
return new String(buf, true); // 返回新的 String 對象
}
replace(char oldChar, char newChar)
public String replace(char oldChar, char newChar) {
if (oldChar != newChar) {
int len = value.length;
int i = -1;
char[] val = value; /* avoid getfield opcode */
while (++i < len) {
if (val[i] == oldChar) {
break;
}
}
if (i < len) {
char buf[] = new char[len];
for (int j = 0; j < i; j++) {
buf[j] = val[j];
}
while (i < len) {
char c = val[i];
buf[i] = (c == oldChar) ? newChar : c;
i++;
}
return new String(buf, true); // 返回新的 String 對象
}
}
return this;
}
String 類的方法實現都相對簡單，但是無一例外，它們絕對不會去修改 value[] 的值，需要返回 String 對象的話，都會重新 new 一個。正像原則第五條中所說的，確保對于任何可變組件的互斥訪問。 如果類具有指向可變對象的域，則必須確保該類的客戶端無法獲得指向這些對象的引用。
String.intern()
public native String intern();
這個方法比較特殊，是個本地方法。如果該字符串在常量池中已經存在，直接返回其引用。如果不存在，存入常量池再返回其引用。在下一篇文章中會進行詳細介紹。
其他方法的源碼就不列舉了，感興趣的可以到我上傳的 jdk 源碼 看看，String.java，添加了部分注釋。
不可變類的好處
從頭到尾都在說不可變類，那么它有哪些好處呢？
不可變類真正唯一的缺點是，對于每個不同的值都需要一個單獨的對象。所以當需要大量字符串對象的時候，String 就成了性能瓶頸，這也催生了 StringBuffer 和 StringBuilder。后面會單獨分析。
String 真的不可變嗎 ？
學習就是自己不斷打自己臉的過程。真的沒有辦法修改 String 對象的值嗎？答案肯定是否定的，反射機制可以做到很多平常做不到的事情。
String str = "123";
System.out.println(str);
Field field = String.class.getDeclaredField("value");
field.setAccessible(true);
char[] value = (char[]) field.get(str);
value[1] = '3';
System.out.println(str);
執行結果：
123
133
通過反射，的確修改了 value[] 的值。
總結
借著 String 源碼，說了說 不可變類。簡單總結一下 String 做了哪些措施來保證不可變性：
下一篇還是寫 String , 說說 String 在內存中的位置和字符串常量池的一些知識，以及 String 相關的常見面試題。
好了，以上就是這篇文章的全部內容了，希望本文的內容對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值，謝謝大家對億速云的支持。
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