Java 中的 String 类为何被设计成不可变（Immutable）

一、先搞懂：什么是 String 的不可变？

String 的不可变指的是：一旦一个 String 对象被创建，它内部的字符序列（底层是char[] value数组，Java 9 后改为byte[]）就无法被修改。看似修改 String 的操作（如拼接、替换），其实都是创建了一个全新的 String 对象，原对象不会有任何变化。

简单代码示例验证不可变：

java 复制代码

public class StringImmutableDemo {
    public static void main(String[] args) {
        String s1 = "abc";
        String s2 = s1; // s2和s1指向常量池中的同一个"abc"对象
        
        // 看似修改s1，实际是创建新对象
        s1 = s1 + "d";
        
        System.out.println(s1); // 输出 "abcd"（新对象）
        System.out.println(s2); // 输出 "abc"（原对象未变）
        System.out.println(s1 == s2); // false，指向不同对象
    }
}

二、String 设计为不可变的核心原因

1. 安全性（最核心原因）

String 是 Java 中最常用的类，大量用于存储敏感信息（如用户名、密码、数据库连接串、网络请求参数等），不可变设计能从根本上避免这些数据被篡改：

防止参数篡改：比如方法传参时，若 String 可变，方法内部修改参数会导致外部原变量被篡改，引发难以排查的 bug；
类加载安全：JVM 类加载时会通过类名（String 类型）定位类文件，若 String 可变，可能被恶意修改类名，导致加载错误的类，引发安全漏洞；
哈希表安全：String 常作为 HashMap、HashSet 的 Key，若可变，修改后哈希值会变化，导致 Key 对应的 Value 无法被正确查找，甚至引发哈希表混乱。

2. 支持字符串常量池（提升性能、节省内存）

Java 为了优化内存，设计了字符串常量池（String Pool）（位于堆内存的元空间）：相同的字符串字面量只会在常量池中创建一次，所有引用都指向这个对象。

不可变是常量池的前提：如果 String 可变，那么修改常量池中的一个 String 对象，会导致所有引用它的变量都被篡改，这显然不符合预期；
性能提升：常量池复用字符串对象，避免了频繁创建和销毁对象的开销，大幅提升内存利用率。

代码示例：常量池复用

java 复制代码

public class StringPoolDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 两个字面量都指向常量池中的同一个"hello"对象
        String s1 = "hello";
        String s2 = "hello";
        System.out.println(s1 == s2); // true，引用同一个对象
        
        // new String会创建新对象，不复用常量池（但内部value仍指向常量池）
        String s3 = new String("hello");
        System.out.println(s1 == s3); // false
    }
}

3. 天生的线程安全

不可变对象的状态在创建后就固定不变，多线程并发访问时，不需要加锁（同步）就能保证数据一致性，避免了线程安全问题。

比如多个线程同时读取同一个 String 对象，不用担心其中一个线程修改它的值，省去了同步锁的开销，提升并发性能。

4. 哈希值缓存（提升哈希集合性能）

String 的hashCode()方法会缓存哈希值（String 类中有一个private int hash成员变量存储哈希值）：

因为 String 不可变，哈希值计算一次后就不会变化，后续调用hashCode()直接返回缓存值，无需重新计算；
这对 HashMap、HashSet 等依赖哈希值的集合来说，能大幅提升查找效率。

源码佐证（Java 8）：

java 复制代码

public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    // 存储字符的数组，被final修饰，且没有提供修改这个数组的方法
    private final char value[];
    // 缓存哈希值
    private int hash; // Default to 0
    
    // 构造方法（示例）
    public String(String original) {
        this.value = original.value;
        this.hash = original.hash;
    }
    
    // hashCode方法：缓存哈希值
    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;
    }
}

关键点：value数组被final修饰，且 String 类没有提供任何修改value的 public 方法（如 set、修改数组元素），确保了不可变性。

总结

Java 将 String 设计为不可变的核心原因可归纳为 3 点：

安全性：防止敏感数据被篡改，保障类加载、哈希表等核心功能的安全；
性能与内存优化：支撑字符串常量池复用，缓存哈希值提升集合操作效率；
线程安全：不可变特性让 String 天生支持多线程并发访问，无需同步锁。

补充：如果需要可变的字符串，Java 提供了StringBuilder（非线程安全）和StringBuffer（线程安全），它们的设计目的就是解决 String 拼接时创建大量临时对象的问题，本质是可变的字符序列。