Java中的String类为什么声明为final？

Question

当我知道在Java中类java.lang.String被声明为final时，我一直在想这是为什么。当时我没有找到任何答案，但是这篇帖子：How to create a replica of String class in Java?让我想起了我的疑问。

确实，String提供了我所需的所有功能，我从来没有想过需要扩展String类的任何操作，但你永远不知道别人可能需要什么！

那么，有人知道设计者决定将其设置为final的意图吗？

- Alex Ntousias

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还要考虑到“哦，我只需要在String上再加几个实用方法”的项目的激增，这些项目会不断涌现，但由于它们是不同的类，所以它们都无法使用彼此的字符串。 - Thorbjørn Ravn Andersen

谢谢您的回复，非常有用。我们现在知道了两个事实：String是一个Final类，它是不可变的，因为它不能被更改，但可以引用其他对象。那么接下来就是：String a = new String("test1")，然后s = "test2"。如果String是Final类对象，那么它如何被修改？我该如何使用修改后的final对象？如果我有任何错误的问题，请告诉我。 - Suresh Sharma

你可以查看这篇好的文章。 - Aniket Thakur

在Java中, 我们幸运地避免了"每个人都有自己的String子类，并且有很多额外的方法，但这些方法彼此之间不兼容"的情况。 - Thorbjørn Ravn Andersen

最佳链接 http://javarevisited.blogspot.com/2010/10/why-string-is-immutable-in-java.html#ixzz3ghorV7XX - Premraj

Answer 1

不可变对象 作为字符串的实现方式非常有用。您应该阅读关于 不可变性 的内容以了解更多信息。

不可变对象 的一个优点是:

您可以通过将它们指向单个实例来共享重复的字符串。

(来自 这里)。

如果 String 不是 final 类型的，那么您可以创建一个子类，并且当“作为字符串查看”时两个字符串看起来很相似，但实际上是不同的。

- Bruno Reis

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除非我忽略了最终类和不可变对象之间的关联，否则我看不出你的回答与问题有何关联。 - sepp2k

如果不是最终版本，你可以将StringChild作为一个字符串参数传递给某个方法，但它可能是可变的（因为子类状态变化）。 - helios

哇！踩票？你不明白子类化与不可变性的关系吗？我希望有人能解释一下问题出在哪里。 - Bruno Reis

@Bruno，关于踩票的事情：我没有给你踩票，但是你可以加上一句话来解释如何通过防止子类化来实现不可变性。现在，这有点像半个答案。 - Thilo

@BrunoReis 发现了一篇好的文章，其中有 James Gosling（Java 的创始人）的采访，他简要地谈到了这个话题这里。这里有一个有趣的片段：“迫使字符串成为不可变的原因之一是安全性。你有一个打开文件的方法。你给它传递一个字符串。然后在进行操作系统调用之前，它会进行各种身份验证检查。如果在安全检查之后、操作系统调用之前发生了有效地改变字符串的情况，那么糟糕了，你就……” - Anurag

Answer 2

这是一篇不错的文章，概述了上面回答中提到的两个原因：

1. 安全性：系统可以分发敏感的只读信息而不用担心其被更改。
2. 性能：不可变数据对于实现线程安全非常有用。

这可能是该文章中最详细的评论。它与Java中的字符串池和安全问题有关。它涉及如何决定什么内容进入字符串池。假设两个字符串的字符序列相同，则我们存在一个竞争条件以确定哪个先到达，并伴随着安全问题。如果不是这样，那么字符串池将包含冗余字符串，从而失去了最初具有的优势。请自行阅读文章，好吗？

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扩展String会对equals和intern造成混乱。JavaDoc说equals：

将此字符串与指定对象进行比较。当且仅当参数不为null且是表示与此对象相同字符序列的String对象时，结果为true。

假设java.lang.String不是final的，那么SafeString可以等于String，反之亦然；因为它们表示相同的字符序列。

如果您将intern应用于SafeString，那么SafeString会进入JVM的字符串池吗？然后，ClassLoader和所有对象都将引用SafeString，这些对象将被锁定在JVM的生命周期内。你将面临一个竞争条件，即谁能首先intern一个字符序列——也许是你的SafeString赢了，也许是一个String，或者是由不同类加载器（因此是不同的类）加载的SafeString。

如果你在池子里赢得了比赛，那么这将是一个真正的单例，人们可以通过反射和 secretKey.intern().getClass().getClassLoader()访问你整个环境（沙盒）。

或者JVM可以通过确保只有具体的String对象（而不是子类）被添加到池中来阻止这个漏洞。

如果实现equals方法时SafeString != String，那么SafeString.intern != String.intern，并且必须将SafeString添加到池中。然后，池将成为一个<Class，String>的池，而不是<String>，你需要进入池中的是一个新的类加载器。

- Anurag

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当然，性能原因是谬论：如果String是一个接口，我就可以提供一个在我的应用程序中表现更好的实现。 - Stephan Eggermont

我不清楚将String声明为final如何提高安全性。您能否详细说明一下？ - Tachi

Answer 3

String是不可变或final的最重要原因，是因为它被类加载机制使用，并具有深刻和基本的安全方面。

如果String是可变的或非final的，那么加载"java.io.Writer"的请求可能会被更改为加载"mil.vogoon.DiskErasingWriter"。

参考: 为什么Java中的String是不可变的

- Jackob

Answer 4

String 是 Java 中一个非常核心的类，许多事情都依赖于它按照某种方式工作，例如它是不可变的。

将该类设置为 final 可以防止可能会破坏这些假设的子类出现。

请注意，即使现在，如果您使用反射，您仍然可以破坏字符串（更改其值或哈希码）。反射可以通过安全管理器来停止。如果 String 不是 final，那么任何人都可以这样做。

其他未声明为 final 的类允许您定义有些错误的子类（例如，您可能会有一个向错误位置添加元素的 List），但至少 JVM 并不依赖于这些类进行其核心操作。

- Thilo

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在一个类上使用final并不保证其不可变性。它只能确保一个类的不变量（其中之一可以是不可变性）不会被子类修改。 - Kevin Brock

@Kevin：是的。final关键字用在类上可以保证该类没有子类，与不可变性无关。 - Thilo

将一个类声明为final并不能使其本身不可变。但将一个不可变的类声明为final可以确保没有人会创建一个子类来破坏其不可变性。也许那些强调不可变性的人在表达时不够清晰，但在正确理解上下文后，他们的说法是正确的。 - Jay

前段时间我读了这个答案，当时觉得还可以，后来我读了《Effective Java》中的哈希码和相等性章节，发现那才是一个非常好的答案。如果有人需要解释，我推荐阅读同一本书的第8条和第9条建议。 - Abhishek Singh

Answer 5

正如Bruno所说，这与不可变性有关。它不仅涉及字符串，还涉及任何包装器，例如Double、Integer、Character等。有许多原因：

• 线程安全
• 安全性
• 由Java本身管理的堆（与普通堆不同，以不同的方式进行垃圾回收）
• 内存管理

基本上，作为程序员，你可以确定你的字符串永远不会改变。如果你知道它的工作原理，它也可以改善内存管理。尝试创建两个相同的字符串，例如“hello”。你会注意到，如果你调试，它们具有相同的ID，这意味着它们是完全相同的对象。这是由于Java允许你这样做。如果字符串是可变的，这将是不可能的。它们可以具有相同的ID等，因为它们永远不会改变。因此，如果你决定创建1,000,000个字符串“hello”，你实际上会创建1,000,000个指向“hello”的指针。同时，调用字符串或任何包装器的任何函数都会导致创建另一个对象（再次查看对象ID-它将发生变化）。

此外，在Java中，final并不一定意味着对象不能更改（这与C++不同）。它意味着它指向的地址不能更改，但你仍然可以更改它的属性和/或属性。因此，在某些情况下理解不可变性和final之间的区别可能非常重要。

参考资料：

• http://chaoticjava.com/posts/how-does-garbage-collection-work/
• http://chaoticjava.com/posts/gc-tips-and-memory-leaks/
• http://java.sun.com/j2se/1.5/pdf/jdk50_ts_guide.pdf

- Artur

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我不相信字符串会进入不同的堆或使用不同的内存管理。它们肯定是可被垃圾回收的。 - Thilo

此外，类上的final关键字与字段上的final关键字完全不同。 - Thilo

好的，在Sun的JVM上，被intern()的字符串可能会进入perm-gen，它不是堆的一部分。但这肯定不会发生在所有字符串或所有JVM上。 - Thilo

并不是所有的字符串都会进入那个区域，只有被国际化的字符串才会。对于字面上的字符串，国际化是自动完成的。（@Thilo，在您提交评论时输入）。 - Kevin Brock

谢谢您的回复，非常有用。我们现在有两个事实。String是一个Final类，它是不可变的，因为它不能被改变，但可以引用另一个对象。但是如果是这样：String a = new String("test1"); 然后，s = "test2"; 如果String是Final类对象，那么它怎么能被修改呢？我该如何使用修改后的final对象？如果我有任何错误的问题，请告诉我。 - Suresh Sharma

Answer 6

除了其他答案中提到的明显原因外，使String类成为final的想法也可能与虚拟方法性能开销有关。请记住，String是一个重型类，将其设置为final意味着肯定没有子实现，永远不会有间接调用开销。当然，现在我们有了像虚拟调用和其他优化技术，这些技术总是可以为您做出这些优化。

- Abhishek Singh

Answer 7

为了确保我们不会得到更好的实现，当然应该使用接口。编辑：啊，越来越多的无知的反对票。这个回答是完全认真的。我曾经不得不编写绕过愚蠢的String实现的程序，导致严重的性能和生产力损失。

- Stephan Eggermont

Answer 8

除了其他答案中提到的原因（安全性，不可变性，性能），还应该注意到String具有特殊的语言支持。您可以编写String文字，并且有+运算符的支持。允许程序员对String进行子类化，会鼓励诸如以下的黑客行为：

class MyComplex extends String { ... }

MyComplex a = new MyComplex("5+3i");
MyComplex b = new MyComplex("7+4i");
MyComplex c = new MyComplex(a + b);   // would work since a and b are strings,
                                      // and a string + a string is a string.

- aioobe

Answer 9

除了已经提到的许多优点之外，我想再补充一个 - Java中为什么String是不可变的原因之一是为了允许字符串缓存其哈希码。在Java中，由于String是不可变的，它会缓存其哈希码，而且不会在每次调用String的hashcode方法时重新计算，这使得它非常快速，可以用作Java中哈希映射中的键。

简而言之，因为String是不可变的，一旦创建就无法更改其内容，这保证了在多次调用时String的hashCode相同。

如果您查看String类，可以看到它声明为

/** Cache the hash code for the string */
private int hash; // Default to 0

hashcode()函数的定义如下：

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;
}

如果已经是计算机，只需返回该值。

- Aniket Thakur

Answer 10

可能是为了简化实现而这么做。如果你设计一个类，将会被该类的用户继承，那么你需要考虑到一整套新的使用案例来设计。如果他们对X受保护的字段做了这个或那个，会发生什么？将其设为final，他们可以专注于正确地使公共接口工作并确保其稳定。

- AaronLS

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+1 表示赞同“为继承设计是很难的”。顺便说一下，在 Bloch 的《Effective Java》中对此有很好的解释。 - sleske