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关于java字符串不可变特性的深入理解。

什么是不可变对象？

众所周知，在Java中， String类是不可变的。那么到底什么是不可变的对象呢？可以这样认为：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。

区分对象和对象的引用

对于Java初学者，对于String是不可变对象总是存有疑惑。看下面代码：

String s = "ABCabc";  
System.out.println("s = " + s);  
  
s = "123456";  
System.out.println("s = " + s);

打印结果:

1 2	s = ABCabc s = 123456

首先创建一个 String 对象 s ，然后让 s 的值为 ABCabc ，然后又让 s 的值为 123456 。从打印结果可以看出，s 的值确实改变了。那么怎么还说 String 对象是不可变的呢？

其实这里存在一个误区：s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，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。

也就是说，s 只是一个引用，它指向了一个具体的对象，当 s=“123456”; 这句代码执行过之后，又创建了一个新的对象“123456”，而引用s重新指向了这个新的对象，原来的对象“ABCabc”还在内存中存在，并没有改变。内存结构如下图所示：

为什么String对象是不可变的？

要理解 String 的不可变性，首先看一下 String 类中都有哪些成员变量。在JDK1.6中，String 的成员变量有以下几个：

public final class String  
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence  
{  
    /** The value is used for character storage. */  
    private final char value[];  
  
    /** The offset is the first index of the storage that is used. */  
    private final int offset;  
  
    /** The count is the number of characters in the String. */  
    private final int count;  
  
    /** Cache the hash code for the string */  
    private int hash; // Default to 0

在JDK1.7和1.8中，String 类做了一些改动，主要是改变了substring方法执行时的行为，这和本文的主题不相关。JDK1.7中 String 类的主要成员变量就剩下了两个：

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

由以上的代码可以看出， 在Java中 String 类其实就是对字符数组的封装。

JDK6中， value是String封装的数组，offset是String在这个value数组中的起始位置，count是String所占的字符的个数。

在JDK7中，只有一个value变量，也就是value中的所有字符都是属于String这个对象的。这个改变不影响本文的讨论。

除此之外还有一个hash成员变量，是该 String 对象的哈希值的缓存，这个成员变量也和本文的讨论无关。在Java中，数组也是对象。

所以value也只是一个引用，它指向一个真正的数组对象。其实执行了

1	String s = “ABCabc";

这句代码之后，真正的内存布局应该是这样的：

value，offset和count这三个变量都是private的，并且没有提供setValue， setOffset和setCount等公共方法来修改这些值，所以在String类的外部无法修改String。也就是说一旦初始化就不能修改，并且在String类的外部不能访问这三个成员。

此外，value，offset和count这三个变量都是final的，也就是说在 String 类内部，一旦这三个值初始化了，也不能被改变。所以可以认为 String 对象是不可变的了。

那么在 String 中，明明存在一些方法，调用他们可以得到改变后的值。这些方法包括substring， replace， replaceAll， toLowerCase等。例如如下代码：

String a = "ABCabc";  
System.out.println("a = " + a);  //ABCabc
a = a.replace('A', 'a');  
System.out.println("a = " + a);  //aBCabc

那么a的值看似改变了，其实也是同样的误区。再次说明， a只是一个引用，不是真正的字符串对象，在调用a.replace('A', 'a')时，方法内部创建了一个新的String对象，并把这个心的对象重新赋给了引用a。String中replace方法的源码可以说明问题：

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);//new出了新的String对象
        }
    }
    return this;
}

String对象真的不可变吗？

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？

比如将数组中的某个位置上的字符变为下划线“_”。至少在我们自己写的普通代码中不能够做到，因为我们根本不能够访问到这个value引用，更不能通过这个引用去修改数组。
那么用什么方式可以访问私有成员呢？

没错，用反射，可以反射出String对象中的value属性，进而改变通过获得的value引用改变数组的结构。下面是实例代码：

public static void testReflection() throws Exception {  
      
    //创建字符串"Hello World"， 并赋给引用s  
    String s = "Hello World";   
      
    System.out.println("s = " + s); //Hello World  
      
    //获取String类中的value字段  
    Field valueFieldOfString = String.class.getDeclaredField("value");  
      
    //改变value属性的访问权限  
    valueFieldOfString.setAccessible(true);  
      
    //获取s对象上的value属性的值  
    char[] value = (char[]) valueFieldOfString.get(s);  
      
    //改变value所引用的数组中的第5个字符  
    value[5] = '_';  
      
    System.out.println("s = " + s);  //Hello_World  
}

在这个过程中，s始终引用的同一个 String 对象，但是再反射前后，这个 String 对象发生了变化，也就是说，通过反射是可以修改所谓的“不可变”对象的。但是一般我们不这么做。

这个反射的实例还可以说明一个问题：如果一个对象，他组合的其他对象的状态是可以改变的，那么这个对象很可能不是不可变对象。例如一个Car对象，它组合了一个Wheel对象，虽然这个Wheel对象声明成了private final 的，但是这个Wheel对象内部的状态可以改变，那么就不能很好的保证Car对象不可变。

参考：

https://blog.csdn.net/zhangjg_blog/article/details/18319521