深入理解不可变对象

前言

说到不可变对象，想必大部分人都不会陌生。Java程序员在日常开发过程中100%会用到的 String 对象就属于不可变对象吗，今天我们就来聊聊不可变对象这个话题。

什么是不可变对象

《Effective Java》中是这样定义不可变对象的：

不可变对象(Immutable Object)：对象一旦被创建后，对象所有的状态及属性在其生命周期内不会发生任何变化。

简单的说，就是一个对象在创建后，不能对该对象进行任何更改。比如下面这段代码：

public class ImmutableObject {
    private int value;
     
    public ImmutableObject(int value) {
        this.value = value;
    }
     
    public int getValue() {
        return this.value;
    }
}

因为 ImmutableObject 不提供任何 setter 方法，并且成员变量 value 是基本数据类型，getter 方法返回的是 value 的拷贝，所以一旦 ImmutableObject 实例被创建后，该实例的状态无法再进行更改，因此该类具备不可变性。

String类

我们常见的String类，为什么说字符串是不可变的？我的代码中经常改变String的值啊！如下所示：

String string = "ABC";
string = string.concat("DE");

这样，上面的字符串不就改变成"ABCDE"了么？但是实际上，我们得到的已经是一个新的字符串。

程序会在堆中重新创建一个"ABCDE"字符串，和"ABC"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。

string类如何设计成不可变

1. String 类被 final 关键字修饰，所以它不会有子类，这就意味着没有子类可以重写它的方法，改变它的行为。
2. String 类的数据存储在 char[] 数组中，而这个数组也被 final 关键字修饰了，这就表示 String 对象是没法被修改的，只要初始化一次，值就确定了。

不可变的好处

安全性

String 是 Java 中最基础也是最长使用的类，经常用于存储一些敏感信息，例如用户名、密码、网络连接等。因此，String 类的安全性对于整个应用程序至关重要。

节省空间（字符串常量池）

通过使用常量池，内容相同的字符串可以使用同一个对象，从而节省内存空间。如果 String 是可变的，试想一下，当字符串常量池中的某个字符串对象被很多地方引用时，此时修改了这个对象，则所有引用的地方都会改变，这可能会导致预期之外的情况。

性能

String 被广泛应用于 HashMap、HashSet 等哈希类中，当对这些哈希类进行操作时，例如 HashMap 的 get/put，hashCode 会被频繁调用。

线程安全

String 对象是不可修改的，如果线程尝试修改 String 对象，会创建新的 String，所以不存在并发修改同一个对象的问题。

由于不可变性，String 的 hashCode 只需要计算1次后就可以缓存起来，因此在哈希类中使用 String 对象可以提升性能。

总结

由于字符串是不可变的，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。