java中的不可变类与String的不可变机制

不可变类

不可变类的意思是创建该类的实例后，该实例的实例变量是不可改变的。

Java提供的8个包装类和java.lang.String类都是不可变类，当创建它们的实例后，其实例的实例变量不可改变

创建自定义的不可变类，需满足以下规则：

使用private和final修饰符来修饰该类的成员变量，保证类不会被继承
仅为类的成员变量提供getter方法，不提供setter方法.为了避免通过getter对类的内部可变成员对象进行直接操作导致成员变量发生改变，我们要在getter方法中，返回克隆对象而不是对象本身，并返回对象的拷贝。
如果有必要，重写Object类的equals()方法和hashCode()方法。equals()方法根据关键成员变量来作为两个对象是否相等的标准，除此之外，还应该保证两个用equals()方法判断为相等的对象的hashCode()也相等。
提供带参数的构造器，用于根据传入参数初始化类里的成员变量，注意进行深拷贝。

public final class MyImmutableDemo {
private final int[] myArray;
public MyImmutableDemo(int[] array) {
this.myArray = array.clone(); //错误写法：this.myArray=array;
}
}

设计一个不可变类，尤其要注意其引用类型的成员变量。如果引用类型的成员变量的类是可变的，就必须采取必要的措施来保护该成员变量所引用的对象不会被修改，这样才能创建真正的不可变类。

String对象的不可变性

string对象在内存创建后就不可改变，不可变对象的创建一般满足以上5个原则，我们看看String代码是如何实现的。

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
    ....
    public String(char value[]) {
         this.value = Arrays.copyOf(value, value.length); // deep copy操作
     }
    ...
     public char[] toCharArray() {
     // Cannot use Arrays.copyOf because of class initialization order issues
        char result[] = new char[value.length];
        System.arraycopy(value, 0, result, 0, value.length);
        return result;
    }
    ...
}

String类被final修饰，不可继承
string内部所有成员都设置为私有变量
不存在value的setter
并将value和offset设置为final。
当传入可变数组value[]时，进行copy而不是直接将value[]复制给内部变量.
获取value时不是直接返回对象引用，而是返回对象的copy.

String对象的不可变性的优缺点

从上一节分析，String数据不可变类，那设置这样的特性有什么好处呢？我总结为以下几点：

字符串常量池的需要.
字符串常量池可以将一些字符常量放在常量池中重复使用，避免每次都重新创建相同的对象、节省存储空间。但如果字符串是可变的，此时相同内容的String还指向常量池的同一个内存空间，当某个变量改变了该内存的值时，其他遍历的值也会发生改变。所以不符合常量池设计的初衷。

2. 线程安全考虑。
同一个字符串实例可以被多个线程共享。这样便不用因为线程安全问题而使用同步。字符串自己便是线程安全的。

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类加载器要用到字符串，不可变性提供了安全性，以便正确的类被加载。譬如你想加载java.sql.Connection类，而这个值被改成了myhacked.Connection，那么会对你的数据库造成不可知的破坏。
支持hash映射和缓存。
因为字符串是不可变的，所以在它创建的时候hashcode就被缓存了，不需要重新计算。这就使得字符串很适合作为Map中的键，字符串的处理速度要快过其它的键对象。这就是HashMap中的键往往都使用字符串。

需要注意的是，String对象并不是真的不可变，我们还是可以通过反射机制来修改不可变的对象的。代码例子如下：

 //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

输出：s = Hello World
s = Hello_World

部分转自http://www.cnblogs.com/jaylon/p/5721571.html