今天看到一个面试题：Java中String类为什么要设计成不可变的？

作为一个写代码多年的老程序员，我时不时也会被问到这个问题所以今天我们就来聊一聊，为什么java中String类要设计成不可变的。
首先，从语义上来说，String作为一个值对象（Value Object），它的主要作用是保存和传递字符数据。使用String时，大家通常只关心字符串的内容，而不是这个字符串对象本身的身份。换句话说，大家关心的是“这个字符串的值是什么”，而不是“这是哪个字符串对象”。因此，把String设计成不可变的，使得它更贴近其值对象的本质。其次，Java的设计者们选择不可变性还有一个非常重要的原因——线程安全性。在多线程环境中，不可变对象天生就是线程安全的，因为它们的状态在创建之后就不会改变。这意味着我们可以安全地在多个线程之间共享同一个String实例，而不需要担心同步问题。
要是String是可变的，我们就不得不在每次访问它时都进行同步操作，这不仅会增加代码的复杂性，还会显著影响性能。咱们来看一段代码，展示String在多线程环境中的应用：

	


publicclassStringExample{privatestaticString sharedString ="Hello"; publicstaticvoidmain(String[] args){Thread thread1 =newThread(() -> {for(inti =0; i <100; i++) {System.out.println(sharedString);}}); Thread thread2 =newThread(() -> {for(inti =0; i <100; i++) {System.out.println(sharedString);}}); thread1.start();thread2.start();}}

在这个例子中，sharedString被多个线程共享，由于String是不可变的，所以我们可以确定每个线程都会打印出相同的值“Hello”，而不会引发任何数据一致性问题。另外，不可变性还允许Java实现字符串常量池（String Pool）优化。在Java中，字符串常量池是一种特殊的内存区域，用于存储字符串常量。每当创建一个新的字符串字面量时，JVM首先会检查池中是否已经存在一个相同的字符串。如果存在，直接返回池中的引用；否则，将新字符串加入池中。这样做可以显著减少内存使用量，因为相同的字符串字面量只会存储一次。例如：

	


Stringstr1 ="Hello";Stringstr2 ="Hello"; System.out.println(str1 == str2);// 输出 true

在这个例子中，str1和str2实际上指向同一个内存位置，因为它们引用的是字符串常量池中的同一个字符串。这种优化只有在字符串是不可变的情况下才有效，因为只有不可变对象才能确保安全共享。咱们再来对比一下Go语言，Go的字符串也是不可变的，但Go提供了另一种方式来处理字符串修改问题。在Go中，我们可以将字符串快速转换为[]byte或[]rune，进行修改后再转换回字符串。这种方法在保证字符串不可变性的同时，提供了灵活的字符串操作方式。看下面的Go代码示例：

	


packagemain import("fmt") funcmain() {str:="Hello"bytes := []byte(str)bytes[0] ='h'newStr :=string(bytes)fmt.Println(newStr) // 输出"hello"}

我们不能直接修改Go的字符串，但通过转换为字节数组，我们仍然可以灵活地修改其内容。最后再转换回字符串，确保了原始字符串的不可变性。这种方式虽然灵活，但相比之下，Java的设计更加简洁和直观。还有一点，不可变对象可以作为安全的哈希表键（Key）。因为不可变对象的哈希值在其生命周期内不会改变，所以使用它们作为哈希表的键时，可以避免很多潜在的错误。如果String是可变的，那么在它作为键的过程中被修改，会导致哈希值改变，进而破坏哈希表的结构，带来难以排查的Bug。总结一下，Java中String类的不可变性设计不仅简化了编程模型，提升了代码的安全性和可维护性，还带来了性能优化。