Как реализована неизменность string в java

Почему String неизменяемый? и как это помогает программисту?

Что помимо того что нельзя наследоваться от final класса, а именно String.class , и того что при использовании метода concat() и операции + будет создан новый объект типа String а не изменен существующий, используется при определении неизменяемости класса String ? Как неизменяемость (immutable) класса String помогает в реальных ситуациях программисту. Были бы интересны примеры связанные с HashMap и многопоточностью.

Отслеживать
задан 13 июл 2016 в 10:36
1,996 5 5 золотых знаков 29 29 серебряных знаков 48 48 бронзовых знаков

1 ответ 1

Сортировка: Сброс на вариант по умолчанию

Вот тут человек уже ответил на ваш вопрос:

• вы можете передавать строку между потоками и не беспокоиться что она будет изменена
• нет проблем с синхронизацией (не нужно синхронизировать операции со String)
• отсутствие утечек памяти
• в Java строки используются для передачи параметров для авторизации, открытия файлов и т.д. — неизменяемость позволяет избежать проблем с доступом
• возможность кэшировать hash code

А если нужно изменять, есть StringBuffer.

Как реализована неизменность string в java

В Java строка ( String ) является неизменяемым ( immutable ) объектом, то есть после создания строки её нельзя изменить. Когда мы изменяем строку, мы фактически создаем новую строку, которая содержит изменения. Это означает, что операции над строками в Java обычно более безопасны, чем операции над изменяемыми объектами.

Неизменность строк в Java достигается путем хранения строк в виде массива символов ( char[] ), который является неизменяемым объектом. При изменении строки создается новый массив символов с новым значением строки.

Также Java использует кэширование строк, что позволяет экономить память. Если две строки содержат одинаковые символы, то они ссылаются на один и тот же объект в памяти (строка сохраняется в пуле строк). Это возможно благодаря тому, что строка является неизменяемой.

Java String. Почему строки в Java неизменные и финализированные?

Java

Автор Михаил Миронов На чтение 3 мин Обновлено 09.07.2023

Строки в Java не являются примитивным типом данных, как например int или double. Первым делом String – это класс, прописанный в пакете java.lang и представляющий строковый набор символов. String — наиболее широко используемый класс в Java. Трудно себе представить приложение, не используемое строки.

Особенности класса String в Java заключаются в том, что строки это неизменяемый (immutable) и финализированный тип данных, и возможности хранения всех объектов класса String в пуле строк. Так же к особенностям можно отнести возможность получения объектов класса String используя двойные кавычки и перегруженный оператор “+” для сцепления(конкатенации) строк.

Так почему же строки в Java неизменяемые? При ответе на этот вопрос также становится понятно, являются ли строки в Java потокобезопасными, и почему строка является популярным ключем в HashMap?

У неизменности строк есть ряд неоспоримых преимуществ:

• Строковый пул (String pool) возможен только благодаря тому, что строки в Java неизменяемы. Виртуальная машина имеет возможность сохранить много места в памяти (heap space) т.к. разные строковые переменные указывают на одну переменную в пуле. При изменяемости строк было бы невозможно реализовать интернирование, поскольку если какая-либо переменная изменит значение, это отразится также и на остальных переменных, ссылающихся на эту строку.
• Изменяемость строк несло бы в себе потенциальную угрозу безопасности приложения. Поскольку в Java строки используются для передачи параметров для авторизации, открытия файлов и т.д. — неизменяемость позволяет избежать проблем с доступом.
• Так как строка неизменяемая то, она безопасна для много поточности и один экземпляр строки может быть совместно использован различными потоками. Это позволяет избежать синхронизации для потокобезопасности. Таким образом, строки в Java полностью потокобезопасны.
• Поскольку строка неизменная, её hashcode кэшируется в момент создания и нет никакой необходимости рассчитывать его снова. Это делает строку отличным кандидатом для ключа в Map и его обработка будет быстрее, чем других ключей HashMap. Поэтому строка наиболее часто используется в качестве ключа HashMap.

Если резюмировать вышесказанное, то получаем, что основные причины неизменяемости String в Java это безопасность и наличие пула строк (String pool).

• можно передавать строку между потоками не опасаясь, что она будет изменена
• отсутствуют проблемы с синхронизацией потоков
• отсутствие проблем с утечкой памяти
• отсутствие проблем с доступом и безопасностью при использовании строк для передачи параметров авторизации, открытия файлов и т.д.
• кэширование hashcode
• Экономия памяти при использовании пула строк для хранения повторяющихся строк.

Если нужно изменять строки то, есть StringBuffer/StringBuilder.

Иммутабельность в Java

Привет, Хабр. В преддверии скорого старта курса «Подготовка к сертификации Oracle Java Programmer (OCAJP)» подготовили для вас традиционный перевод материала.

Приглашаем также всех желающих поучаствовать в открытом демо-уроке «Конструкторы и блоки инициализации». На этом бесплатном вебинаре мы:
— Разберём конструктор на запчасти
— Определим финалистов (финальные переменные)
— Наведём порядок (инициализации)

Иммутабельный (неизменяемый, immutable) класс — это класс, который после инициализации не может изменить свое состояние. То есть если в коде есть ссылка на экземпляр иммутабельного класса, то любые изменения в нем приводят к созданию нового экземпляра.

Чтобы класс был иммутабельным, он должен соответствовать следующим требованиям:

• Должен быть объявлен как final, чтобы от него нельзя было наследоваться. Иначе дочерние классы могут нарушить иммутабельность.
• Все поля класса должны быть приватными в соответствии с принципами инкапсуляции.
• Для корректного создания экземпляра в нем должны быть параметризованные конструкторы, через которые осуществляется первоначальная инициализация полей класса.
• Для исключения возможности изменения состояния после инстанцирования, в классе не должно быть сеттеров.
• Для полей-коллекций необходимо делать глубокие копии, чтобы гарантировать их неизменность.

Иммутабельность в действии

Начнем со следующего класса, который, на первый взгляд, выглядит иммутабельным:

import java.util.Map; public final class MutableClass < private String field; private MapfieldMap; public MutableClass(String field, Map fieldMap) < this.field = field; this.fieldMap = fieldMap; >public String getField() < return field; >public Map getFieldMap() < return fieldMap; >>

Теперь посмотрим на него в действии.

import java.util.HashMap; import java.util.Map; public class App < public static void main(String[] args) < Mapmap = new HashMap<>(); map.put("key", "value"); // Инициализация нашего "иммутабельного" класса MutableClass mutable = new MutableClass("this is not immutable", map); // Можно легко добавлять элементы в map == изменение состояния mutable.getFieldMap().put("unwanted key", "another value"); mutable.getFieldMap().keySet().forEach(e -> System.out.println(e)); > > // Вывод в консоли unwanted key key

Очевидно, что мы хотим запретить добавление элементов в коллекцию, поскольку это изменение состояния объекта, то есть отсутствие иммутабельности.

import java.util.HashMap; import java.util.Map; public class AlmostMutableClass < private String field; private MapfieldMap; public AlmostMutableClass(String field, Map fieldMap) < this.field = field; this.fieldMap = fieldMap; >public String getField() < return field; >public Map getFieldMap() < MapdeepCopy = new HashMap(); for(String key : fieldMap.keySet()) < deepCopy.put(key, fieldMap.get(key)); >return deepCopy; > >

Здесь мы изменили метод getFieldMap , который теперь возвращает глубокую копию коллекции, ссылка на которую есть в AlmostMutableClass . Получается, что если мы получим Map , вызвав метод getFieldMap , и добавим к нему элемент, то на map из нашего класса это никак не повлияет. Изменится только map , которую мы получили.

Однако если у нас остается доступ к исходной map , которая была передана в качестве параметра конструктору, то все не так уж и хорошо. Мы можем изменить ее, тем самым изменив состояние объекта.

import java.util.HashMap; import java.util.Map; public class App < public static void main(String[] args) < Mapmap = new HashMap<>(); map.put("good key", "value"); // Инициализация нашего "иммутабельного" класса AlmostMutableClass almostMutable = new AlmostMutableClass("this is not immutable", map); // Мы не можем изменять состояние объекта // через добавление элементов в полученную map System.out.println("Result after modifying the map after we get it from the object"); almostMutable.getFieldMap().put("bad key", "another value"); almostMutable.getFieldMap().keySet().forEach(e -> System.out.println(e)); System.out.println("Result of the object's map after modifying the initial map"); map.put("bad key", "another value"); almostMutable.getFieldMap().keySet().forEach(e -> System.out.println(e)); > > // Вывод в консоли Result after modifying the map after we get it from the object good key Result of the object's map after modifying the initial map good key bad key

Мы забыли, что в конструкторе нужно сделать то же самое, что и в методе getFieldMap . В итоге конструктор должен выглядеть так:

public AlmostMutableClass(String field, Map fieldMap) < this.field = field; MapdeepCopy = new HashMap(); for(String key : fieldMap.keySet()) < deepCopy.put(key, fieldMap.get(key)); >this.fieldMap = deepCopy; > // Вывод в консоли Result after modifying the map after we get it from the object good key Result of the object's map after modifying the initial map good key

Хотя использование иммутабельных объектов дает преимущества, но их использование не всегда оправдано. Обычно нам нужно как создавать объекты, так и модифицировать их для отражения изменений, происходящих в системе.

То есть нам нужно изменять данные, и нелогично создавать новые объекты при каждом изменении, так как это увеличивает используемую память, а мы хотим разрабатывать эффективные приложения и оптимально использовать ресурсы системы.

Иммутабельность строк в Java

Класс String , представляющий набор символов, вероятно, самый популярный класс в Java. Его назначение — упростить работу со строками, предоставляя различные методы для их обработки.

Например, в классе String есть методы для получения символов, выделения подстрок, поиска, замены и многие другие. Как и другие классы-обертки в Java (Integer, Boolean и т.д.), класс String является иммутабельным.

Иммутабельность строк дает следующие преимущества:

• Строки потокобезопасны.
• Для строк можно использовать специальную область памяти, называемую «пул строк». Благодаря которой две разные переменные типа String с одинаковым значением будут указывать на одну и ту же область памяти.
• Строки отличный кандидат для ключей в коллекциях, поскольку они не могут быть изменены по ошибке.
• Класс String кэширует хэш-код, что улучшает производительность хеш-коллекций, использующих String .
• Чувствительные данные, такие как имена пользователей и пароли, нельзя изменить по ошибке во время выполнения, даже при передаче ссылок на них между разными методами.