String是如何保证不变的？反射为什么可以改变String的值？

news2024/11/17 7:37:46

String是如何保证不变的？反射为什么可以改变String的值？

1. String字符串的源码分析

String 字符串到底能不能改变已经是老生常谈的问题了，但是在面试环节中，依然能够难住不少人。

下面我们根据 JDK1.8 版本下的String源码进行分析，一步一步的了解String字符串的不可变性。

String底层是使用final修饰的字符数组 value[] 来存储字符，而数组是引用类型，引用类型的值是内存中的地址，地址在初始化之后不可变，所以String的值不可变。

2. 通过反射改变字符串的值

虽然final修饰的数组地址不可改变，但是地址指向的值（堆内存中）是可以改变的，String没有对外提供相应的方法来更改值，但是可以通过反射实现。

import java.lang.reflect.Field;

public class stringDemo {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {
        String s = "abc";
        Class clz = s.getClass();
        //需要使用getDeclaredField(), getField()只能获取公共成员字段
        Field field = clz.getDeclaredField("value");
        field.setAccessible(true);

        char[] ch =(char[])field.get(s);
        ch[1] = '8';
        System.out.println(s);
    }
}

打印结果：

（在实际开发中，很少需要通过反射来修改String的值。这里只是提供一种思路，在某些情况下可以帮助我们解决一些实际问题。）

上面我们通过案例知道了，字符串的字符数组可以通过反射进行修改，导致字符串的“内容”发生了变化。但即使是内容发生了改变，它的hash值也是不会改变的：

import java.lang.reflect.Field;

public class stringDemo {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {
        String s = "abc";
        System.out.println("str=" + s + "," +  s.hashCode());
        Class clz = s.getClass();
        //需要使用getDeclaredField(), getField()只能获取公共成员字段
        Field field = clz.getDeclaredField("value");
        field.setAccessible(true);

        char[] ch =(char[])field.get(s);
        ch[1] = '8';
        System.out.println("str=" + s + "," + s.hashCode());
    }
}

运行结果：

从上述结果可以知道，String 字符串对象的 value 数组的元素是可以被修改的，但是hash值没有发生改变，也就是说对象没有变。

但是字符串两次打印出来的结果不一样，计算的hash值为什么是一样的呢？

/** Cache the hash code for the string */
    private int hash; // Default to 0
/**
     * Returns a hash code for this string. The hash code for a
     * {@code String} object is computed as
     * <blockquote><pre>
     * s[0]*31^(n-1) + s[1]*31^(n-2) + ... + s[n-1]
     * </pre></blockquote>
     * using {@code int} arithmetic, where {@code s[i]} is the
     * <i>i</i>th character of the string, {@code n} is the length of
     * the string, and {@code ^} indicates exponentiation.
     * (The hash value of the empty string is zero.)
     *
     * @return  a hash code value for this object.
     */
    public int hashCode() {
        int h = hash;
        if (h == 0 && value.length > 0) {
            char val[] = value;

            for (int i = 0; i < value.length; i++) {
                h = 31 * h + val[i];
            }
            hash = h;
        }
        return h;
    }

发现在第一次调用 hashCode 函数之后，字符串对象内通过 hash 这个属性缓存了 hashCode的计算结果（只要缓存过了就不会再重新计算），因此第二次打印hash值和第一次相同。

3. 如何理解String字符串的不可变性呢？

首先将 String 类声明为 fianl 保证不可继承。

然后，所有修改的方法都返回新的字符串对象，保证修改时不会改变原始对象的引用。

。。。。。。

接下来我们来分析下面这段代码，

import java.lang.reflect.Field;

public class stringDemo {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {
        String s = "abc";
        System.out.println("str=" + s + "," +  s.hashCode());
        Class clz = s.getClass();
        //需要使用getDeclaredField(), getField()只能获取公共成员字段
        Field field = clz.getDeclaredField("value");
        field.setAccessible(true);

        char[] ch =(char[])field.get(s);
        ch[1] = '8';
        System.out.println("str=" + s + "," + s.hashCode());
        System.out.println("abc");
    }
}

运行结果：

是不是很神奇，明明打印的是System.out.println(“abc”);但是得到的结果是：a8c。其实道理也很简单，是因为字符串字面量都指向字符串池中的同一个字符串对象（本质是池化的思想，通过复用来减少资源占用来提高性能），通过官方的解释可以明确这一点：

官方地址：https://docs.oracle.com/javase/specs/jls/se8/html/jls-3.html#jls-3.10.5

A string literal is a reference to an instance of class String (§4.3.1, §4.3.3).
字符串字面量是指向字符串实例的一个引用。

Moreover, a string literal always refers to the same instance of class String. This is because string literals - or, more generally, strings that are the values of constant expressions (§15.28) - are “interned” so as to share unique instances, using the method String.intern.
字符串字面量都指向同一个字符串实例。
因为字面量字符串都是常量表达式的值，都通过String.intern共享唯一实例。