文中相關原始碼： 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資料型別包裝類都是不可變類，但是在 String 的原始碼中，不可變類 的概念體現的更加淋漓盡致。所以，在閱讀 String 原始碼的同時，抽絲剝繭，你會對不可變類有更深的理解。
什麼是不可變類 ？
首先來看一下什麼是不可變類？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：
不可變類是指其例項不能被修改的類。每個例項中包含的所有資訊都必須在建立該例項的時候就提供，並在物件的整個生命週期 (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物件狀態的方法（也稱為設值方法） 。
- 保證類不會被擴充套件。 為了防止子類化，一般做法是宣告這個類成為 final 的。
- 宣告所有的域都是 final 的。
- 宣告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物件的許可權，並防止客戶端直接修改這些物件 。
- 確保對於任何可變元件的互斥訪問。 如果類具有指向可變物件的域，則必須確保該類的客戶端無法獲得指向這些物件的引用 。 並且，永遠不要用客戶端提供的物件引用來初始化這樣的域，也不要從任何訪問方法（ accessor）中返回該物件引用 。 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，來品嚐一下 String.java 吧！
類定義
public final class String
implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {}
複製程式碼對應原則第二點 保證類不會被擴充套件，使用 final 修飾。此外：
- 實現了
Serializable介面，具備序列化能力 - 實現了
Comparable介面，具備比較物件大小能力，根據單字元的大小比較。 - 實現了
CharSequence介面，表示是一個字元序列，實現了該介面下的一些方法。
欄位
private final char value[]; // 儲存字串
private int hash; // 雜湊值，預設為 0
private static final long serialVersionUID = -6849794470754667710L; // 序列化標識
複製程式碼看起來 String 是一個獨立的物件，其實它是使用基本資料型別的陣列 char[] 實現的。作為使用者，我們不需要開啟 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，宣告所有的域都是 final 的 ，宣告所有的域都為私有的。看到這裡，你大概明白了一點為什麼 String 不可變。因為真正用來儲存字串的字元陣列是 final 修飾的，是不可變的。
建構函式
String 的建構函式很多，大致可以分為以下四種：
無參構造
public String() {
this.value = "".value;
}
複製程式碼無參構造預設構建一個空字串。鑑於 String 是不可變類，所以此構造器並沒有什麼意義，一般你也不會去構建一個不可變的空字串物件。
引數是 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) {}
複製程式碼已經廢棄的就不再列舉了。上面這些建構函式都差不多，最後都是呼叫 StringCoding.decode() 方法將位元組陣列轉換為字元陣列，再賦值給 value[]。這裡要注意一點，引數未指定編碼格式的話，預設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。
引數是 char[]
引數是 char[] 的建構函式有 3 個，逐個看一下：
public String(char value[]) {
this.value = Arrays.copyOf(value, value.length);
}
複製程式碼為了保證不可變性，並沒有直接賦值，this.value = value。而是使用 Arrays.copy() 方法將引數中的字元陣列內容拷貝到 value[] 中。防止引數中字元陣列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);
}
複製程式碼和上面的建構函式一樣，只是擷取了引數中字元陣列的一部分來構建字串。
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 指向引數中的 char[]，不再進行 copy 操作
* 效能好，節省記憶體，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;
}
複製程式碼這裡的 share 一般只能為 true，雖然並沒有使用到。增加這個引數是為了和第一個建構函式區分開來，表示 value[] 共享了引數中的字元陣列，因為這裡是直接賦值的，並沒有使用 Arrays.copy()。那這不是破壞了 String 的不可變性嗎？其實並沒有，因為你根本沒法呼叫這個建構函式，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，外部是不能呼叫的。
其他建構函式
// 基於程式碼點
public String(int[] codePoints, int offset, int count) {}
// 基於 StringBuffer，需要同步
public String(StringBuffer buffer) {
synchronized(buffer) {
this.value = Arrays.copyOf(buffer.getValue(), buffer.length());
}
}
// 基於 StringBuilder，不需要同步
public String(StringBuilder builder) {
this.value = Arrays.copyOf(builder.getValue(), builder.length());
}
複製程式碼方法
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';
複製程式碼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記憶體地址，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例項值，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物件狀態的方法，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 中有許多對字串進行操作的函式，例如 substring concat replace replaceAll 等等，這些函式是否會修改類中的 value 域呢？下面就來看一看原始碼。
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 物件
return (beginIndex == 0) ? this : new String(value, beginIndex, subLen);
}
複製程式碼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 物件
}
複製程式碼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 物件
}
}
return this;
}
複製程式碼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 物件的話，都會重新 new 一個。正像原則第五條中所說的，確保對於任何可變元件的互斥訪問。 如果類具有指向可變物件的域，則必須確保該類的客戶端無法獲得指向這些物件的引用。
String.intern()
public native String intern();
複製程式碼這個方法比較特殊，是個本地方法。如果該字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。
其他方法的原始碼就不列舉了，感興趣的可以到我上傳的 jdk 原始碼 看看，String.java，新增了部分註釋。
不可變類的好處
從頭到尾都在說不可變類，那麼它有哪些好處呢？
- 不可變物件比較簡單。
- 不可變物件本質上是執行緒安全的，它們不要求同步。不可變物件可以被自由地共享。
- 不僅可以共享不可變物件，甚至也可以共享它們的內部資訊。
- 不可變物件為其他物件提供了大量的構件。無論是可變的還是不可變的物件。
- 不可變物件無償地提供了失敗的原子性。
不可變類真正唯一的缺點是，對於每個不同的值都需要一個單獨的物件。所以當需要大量字串物件的時候，String 就成了效能瓶頸，這也催生了 StringBuffer 和 StringBuilder。後面會單獨分析。
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 物件的值嗎？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);
複製程式碼執行結果：
123
133
複製程式碼通過反射，的確修改了 value[] 的值。
總結
藉著 String 原始碼，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：
value[]使用private final修飾- 建構函式中複製實參的值給
value[] - 不對外提供任何修改
value[]值的方法 - 需要返回
String的方法，絕不返回原物件，都是重新new一個String返回
下一篇還是寫 String , 說說 String 在記憶體中的位置和字串常量池的一些知識，以及 String 相關的常見面試題。
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