String为什么是不可变的？

面试官Q1：请问为什么String是不可变的，能谈谈吗？

我们知道不管是面试初级、中级还是高级Java开发工程师，String永远都是一个绕不开的话题，而且问的问题也是各不相同，下面我们从几个角度来看看为什么String是不可变的？

什么是不可变对象？

如果一个对象，在它创建完成之后，不能再改变它的状态，那么这个对象就是不可变的。不能改变状态的意思是，不能改变对象内的成员变量，包括基本数据类型的值不能改变，引用类型的变量不能指向其他的对象，引用类型指向的对象的状态也不能改变。

我们来看下面一段代码：

public class Demo {
    String str = "ABC";
    System.out.println("s = " + str);

    str = "123";
    System.out.println("s = " + str);
}

打印结果为：

1s = ABC
2s = 123

对于上述代码，我们简单的分析一下：首先创建一个String对象str，然后让str的值为“ABC”，然后又让str的值为“123”。从打印结果可以看出，str的值确实改变了。

那还说String对象是不可变的呢？

这里存在一个误区：str只是一个String对象的引用，并不是对象本身。对象在内存中是一块内存区，放在堆中，成员变量越多，这块内存区占的空间越大。引用只是一个4字节的数据，里面存放了它所指向的对象的地址，通过这个地址可以访问对象，而这个引用存放在Java虚拟机栈栈帧的局部变量表中。也就是说，str只是一个引用，它指向了一个具体的对象，当str=“123”; 这句代码执行过之后，又创建了一个新的对象“123”，而引用str重新指向了这个新的对象，原来的对象“ABC”还在内存中存在，并没有改变。

我们用一张内存结构图来看看整个变化过程：

String为什么是不可变的？

其实上面的"ABC","123"是字符串常量，按照JVM规范应该是存放在方法区的常量池里面。但是Java1.7之后HotSpot虚拟机并没有区分方法区和堆，所以，这里统一就当做是放在堆里面的吧。

String源码构成

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

    /** Cache the hash code for the string */
    private int hash; // Default to 0

通过源码我们可以知道String底层是由char数组构成，我们创建一个字符串对象的时候，其实是将字符串保存在char数组中，因为数组是引用对象，为了防止数组可变，JDK加了final修饰，但是加了final修饰的数组只是代表了引用不可变，不代表数组内容不可变，因此JDK为了真正防止不可变，又加了private修饰符。

String对象是真的不可变吗？

从上文可知String的成员变量是private final 的，也就是初始化之后不可改变。那么在这几个成员中，value比较特殊，因为他是一个引用变量，而不是真正的对象。value是final修饰的，也就是说final不能再指向其他数组对象，那么我能改变value指向的数组吗？我们来看下面的代码：

final int[] value={1,2,3}
int[] another={4,5,6};
value=another;    //编译器报错，final不可变

value用final修饰，编译器不允许我把value指向堆区另一个地址。但如果我直接对数组元素动手，分分钟搞定

final int[] value={1,2,3};
value[2]=100;  //这时候数组里已经是{1,2,100}

所以String是不可变，关键是因为设计源代码的工程师，在后面所有String的方法里很小心的没有去动Array里的元素，没有暴露内部成员字段。private final char value[]这一句里，private的私有访问权限的作用都比final大。而且设计师还很小心地把整个String设成final禁止继承，避免被其他人继承后破坏。所以String是不可变的关键都在底层的实现，而不是一个final。

不可变有什么好处？

1、多线程下安全性

最简单地原因，就是为了安全。因为String是不可变的，因此多线程操作下，它是安全的，我们来看下面一段代码：

public String get(String str){
    str += "aaa";
    return str;
}

试想一下，如果String是可变的，那么get方法内部改变了str的值，方法外部str也会随之改变。

2、类加载中体现的安全性

类加载器要用到字符串，不可变提供了安全性，以便正确的类被加载，例如你想加载java.sql.Connection类，而这个值被改成了xxx.Connection，那么会对你的数据库造成不可知的破坏。

3、使用常量池可以节省空间

像下面这样字符串one和two都用字面量"something"赋值。它们其实都指向同一个内存地址

String one = "someString";
String two = "someString";

这样在大量使用字符串的情况下，可以节省内存空间，提高效率。但之所以能实现这个特性，String的不可变性是最基本的一个必要条件。要是内存里字符串内容能改来改去，这么做就完全没有意义了。

总结了这么多，面试答案就靠大家自己总结了，或者可以通过留言分享给他人哟。

String为什么是不可变的？

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