String,StringBuffer, StringBuilder 的區別是什麼?String為什麼是不可變的?

wangchun_166發表於2018-01-16

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一、區別

1、String是字串常量,而StringBuffer和StringBuilder是字串變數。由String建立的字元內容是不可改變的,而由StringBuffer和StringBuidler建立的字元內容是可以改變的。

2、StringBuffer是執行緒安全的,而StringBuilder是非執行緒安全的。StringBuilder是從JDK 5開始,為StringBuffer類補充的一個單執行緒的等價類。我們在使用時應優先考慮使用StringBuilder,因為它支援StringBuffer的所有操作,但是因為它不執行同步,不會有執行緒安全帶來額外的系統消耗,所以速度更快。

String,StringBuffer, StringBuilder 的區別是什麼?String為什麼是不可變的?

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二、String為什麼不可變

雖然String、StringBuffer和StringBuilder都是final類,它們生成的物件都是不可變的,而且它們內部也都是靠char陣列實現的,但是不同之處在於,String類中定義的char陣列是final的,而StringBuffer和StringBuilder都是繼承自AbstractStringBuilder類,它們的內部實現都是靠這個父類完成的,而這個父類中定義的char陣列只是一個普通是私有變數,可以用append追加。因為AbstractStringBuilder實現了Appendable介面。


三、為什麼String要設計成不可變

在Java中將String設計成不可變的是綜合考慮到各種因素的結果,想要理解這個問題,需要綜合記憶體,同步,資料結構以及安全等方面的考慮. 在下文中,我將為各種原因做一個小結。

1. 字串常量池的需要

字串常量池(String pool, String intern pool, String保留池) 是Java堆記憶體中一個特殊的儲存區域, 當建立一個String物件時,假如此字串值已經存在於常量池中,則不會建立一個新的物件,而是引用已經存在的物件。

如下面的程式碼所示,將會在堆記憶體中只建立一個實際String物件.

      String s1 = "abcd";

      String s2 = "abcd"; 


String,StringBuffer, StringBuilder 的區別是什麼?String為什麼是不可變的?

假若字串物件允許改變,那麼將會導致各種邏輯錯誤,比如改變一個物件會影響到另一個獨立物件. 嚴格來說,這種常量池的思想,是一種優化手段.

思考: 假若程式碼如下所示,s1和s2還會指向同一個實際的String物件嗎?

String s1= "ab" + "cd";

String s2= "abc" + "d"; 

也許這個問題違反新手的直覺, 但是考慮到現代編譯器會進行常規的優化, 所以他們都會指向常量池中的同一個物件. 或者,你可以用 jd-gui 之類的工具檢視一下編譯後的class檔案.

2. 允許String物件快取HashCode
Java中String物件的雜湊碼被頻繁地使用, 比如在hashMap 等容器中。

字串不變性保證了hash碼的唯一性,因此可以放心地進行快取.這也是一種效能優化手段,意味著不必每次都去計算新的雜湊碼. 在String類的定義中有如下程式碼:

private int hash;//用來快取HashCode


3. 安全性
String被許多的Java類(庫)用來當做引數,例如 網路連線地址URL,檔案路徑path,還有反射機制所需要的String引數等, 假若String不是固定不變的,將會引起各種安全隱患。

boolean connect(string s){

if (!isSecure(s)) {

throw new SecurityException();

}

// 如果在其他地方可以修改String,那麼此處就會引起各種預料不到的問題/錯誤causeProblem(s);

}

總體來說, String不可變的原因包括 設計考慮,效率優化問題,以及安全性這三大方面. 事實上,這也是Java面試中的許多 "為什麼" 的答案。


四、String類不可變性的好處

String是所有語言中最常用的一個類。我們知道在Java中,String是不可變的、final的。Java在執行時也儲存了一個字串池(String pool),這使得String成為了一個特別的類。

String類不可變性的好處

1.只有當字串是不可變的,字串池才有可能實現。字串池的實現可以在執行時節約很多heap空間,因為不同的字串變數都指向池中的同一個字串。但如果字串是可變的,那麼String interning將不能實現(譯者注:String interning是指對不同的字串僅僅只儲存一個,即不會儲存多個相同的字串。),因為這樣的話,如果變數改變了它的值,那麼其它指向這個值的變數的值也會一起改變。
2.如果字串是可變的,那麼會引起很嚴重的安全問題。譬如,資料庫的使用者名稱、密碼都是以字串的形式傳入來獲得資料庫的連線,或者在socket程式設計中,主機名和埠都是以字串的形式傳入。因為字串是不可變的,所以它的值是不可改變的,否則黑客們可以鑽到空子,改變字串指向的物件的值,造成安全漏洞。
3.因為字串是不可變的,所以是多執行緒安全的,同一個字串例項可以被多個執行緒共享。這樣便不用因為執行緒安全問題而使用同步。字串自己便是執行緒安全的。
4.類載入器要用到字串,不可變性提供了安全性,以便正確的類被載入。譬如你想載入java.sql.Connection類,而這個值被改成了myhacked.Connection,那麼會對你的資料庫造成不可知的破壞。
5.因為字串是不可變的,所以在它建立的時候hashcode就被快取了,不需要重新計算。這就使得字串很適合作為Map中的鍵,字串的處理速度要快過其它的鍵物件。這就是HashMap中的鍵往往都使用字串。


 




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