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字符串的不可变性

为什么字符串要设计成不可变 

缓存

 安全性

 线程安全

hashCode缓存

性能

总结

附加题

字符串的不可变性

        String在Java中特别常用，而且我们经常要在代码中对字符串进行赋值和改变他的值，但是，为什么我们说字符串是不可变的呢？

        首先，我们需要知道什么是不可变对象？

不可变对象是在完全创建后其内部状态保持不变的对象。这意味着，一旦对象被赋值给变量，我们既不能更新引用，也不能通过任何方式改变内部状态。

可是有人会有疑惑，String为什么不可变，我的代码中经常改变String的值啊，如下：

String s = "abcd";
s = s.concat("ef");

这样，操作，不就将原本的"abcd"的字符串改变成"abcdef"了么？

但是，虽然字符串内容看上去从"abcd"变成了"abcdef"，但是实际上，我们得到的已经是一个新的字符串了。

如上图，在堆中重新创建了一个"abcdef"字符串，和"abcd"并不是同一个对象。

所以，一旦一个string对象在内存(堆)中被创建出来，他就无法被修改。而且，String类的所有方法都没有改变字符串本身的值，都是返回了一个新的对象。

如果我们想要一个可修改的字符串，可以选择StringBuffer 或者 StringBuilder这两个代替String。

为什么字符串要设计成不可变 

         在知道了"String是不可变"的之后，大家是不是一定都很疑惑：为什么要把String设计成不可变的呢？有什么好处呢？

这个问题，困扰过很多人，甚至有人直接问过Java的创始人James Gosling。

在一次采访中James Gosling被问到什么时候应该使用不可变变量，他给出的回答是:

I would use an immutable whenever I can.（只要可以，我就会使用一个不可变变量。）

那么，他给出这个答案背后的原因是什么呢？是基于哪些思考的呢？

其实，主要是从缓存、安全性、线程安全和性能等角度触发的。

Q：缓存、安全性、线程安全和性能？这有都是啥
A：你别急，听我一个一个给你讲就好了。

缓存

字符串是使用最广泛的数据结构。大量的字符串的创建是非常耗费资源的，所以，Java提供了对字符串的缓存功能，可以大大的节省堆空间。

JVM中专门开辟了一部分空间来存储Java字符串，那就是字符串池。

通过字符串池，两个内容相同的字符串变量，可以从池中指向同一个字符串对象，从而节省了关键的内存资源。

String s = "abcd";
String s2 = s;

 对于这个例子，s和s2都表示"abcd"，所以他们会指向字符串池中的同一个字符串对象：

 但是，之所以可以这么做，主要是因为字符串的不变性。试想一下，如果字符串是可变的，我们一旦修改了s的内容，那必然导致s2的内容也被动的改变了，这显然不是我们想看到的。

 安全性

        字符串在Java应用程序中广泛用于存储敏感信息，如用户名、密码、连接url、网络连接等。JVM类加载器在加载类的时也广泛地使用它。

        因此，保护String类对于提升整个应用程序的安全性至关重要。

        当我们在程序中传递一个字符串的时候，如果这个字符串的内容是不可变的，那么我们就可以相信这个字符串中的内容。

        但是，如果是可变的，那么这个字符串内容就可能随时都被修改。那么这个字符串内容就完全不可信了。这样整个系统就没有安全性可言了。

 线程安全

        不可变会自动使字符串成为线程安全的，因为当从多个线程访问它们时，它们不会被更改。

        因此，一般来说，不可变对象可以在同时运行的多个线程之间共享。它们也是线程安全的，因为如果线程更改了值，那么将在字符串池中创建一个新的字符串，而不是修改相同的值。因此，字符串对于多线程来说是安全的。

hashCode缓存

        由于字符串对象被广泛地用作数据结构，它们也被广泛地用于哈希实现，如HashMap、HashTable、HashSet等。在对这些散列实现进行操作时，经常调用hashCode()方法。

        不可变性保证了字符串的值不会改变。因此，hashCode()方法在String类中被重写，以方便缓存，这样在第一次hashCode()调用期间计算和缓存散列，并从那时起返回相同的值。

在String类中，有以下代码：

private int hash;//this is used to cache hash code.

性能

        前面提到了的字符串池、hashcode缓存等，都是提升性能的提现。

        因为字符串不可变，所以可以用字符串池缓存，可以大大节省堆内存。而且还可以提前对hashcode进行缓存，更加高效

        由于字符串是应用最广泛的数据结构，提高字符串的性能对提高整个应用程序的总体性能有相当大的影响。

总结

        通过本文，我们可以得出这样的结论：字符串是不可变的，因此它们的引用可以被视为普通变量，可以在方法之间和线程之间传递它们，而不必担心它所指向的实际字符串对象是否会改变。

        我们还了解了促使Java语言设计人员将该类设置为不可变类的其他原因。主要考虑的是缓存、安全性、线程安全和性能等方面

附加题

1.replace、replaceAll和replaceFirst的区别

        replace、replaceAll和replaceFirst是Java中常用的替换字符的方法,它们的方法定义是：

        replace(CharSequence target, CharSequence replacement) ，用replacement替换所有的target，两个参数都是字符串。

        replaceAll(String regex, String replacement) ，用replacement替换所有的regex匹配项，regex很明显是个正则表达式，replacement是字符串。

        replaceFirst(String regex, String replacement) ，基本和replaceAll相同，区别是只替换第一个匹配项。

        可以看到，其中replaceAll以及replaceFirst是和正则表达式有关的，而replace和正则表达式无关。

        replaceAll和replaceFirst的区别主要是替换的内容不同，replaceAll是替换所有匹配的字符，而replaceFirst()仅替换第一次出现的字符

String string = "abc123adb23456aa";
System.out.println(string);//abc123adb23456aa//使用replace将a替换成H
System.out.println(string.replace("a","H"));//Hbc123Hdb23456HH
//使用replaceFirst将第一个a替换成H
System.out.println(string.replaceFirst("a","H"));//Hbc123adb23456aa
//使用replace将a替换成H
System.out.println(string.replaceAll("a","H"));//Hbc123Hdb23456HH//使用replaceFirst将第一个数字替换成H
System.out.println(string.replaceFirst("\\d","H"));//abcH23adb23456aa
//使用replaceAll将所有数字替换成H
System.out.println(string.replaceAll("\\d","H"));//abcHHHadbHHHHHaa

2.String.valueOf和Integer.toString的区别 

我们有三种方式将一个int类型的变量变成一个String类型，那么他们有什么区别？

1.int i = 5;
2.String i1 = "" + i;
3.String i2 = String.valueOf(i);
4.String i3 = Integer.toString(i);

第三行和第四行没有任何区别，因为String.valueOf(i)也是调用Integer.toString(i)来实现的。

第二行代码其实是String i1 = (new StringBuilder()).append(i).toString();，首先创建一个StringBuilder对象，然后再调用append方法，再调用toString方法。