java 的String为什么要设计成final？

简单来说，String的初衷是要设计成不可变的（immutable）。String设计成final只是实现String不可变的一部分。

本文首先回答为什么String要设计成不可变的，然后再讲解是如何实现不可变的。

为什么要设计成不可变的呢？

首先，String设计成final是为了支持共享，因为不可变，所以不存在竞态资源，也就是 线程 安全的了，这样就可以方便的共享给其他方法或者线程。试想，如果String是可变的，那么在需要共享的地方，控制并发修改将是多么麻烦的事情。

其次，提高效率。 JVM 提供有常量池。对于已经存在的字符串，如果发现常量池内已经存在了，就会直接将常量池内的对象引用返回，如果不存在，会先创建对象，然后将对象放在常量池内，以便以后复用。这样极大地简化了相同字符串的重复构建，节省了资源。

另外，字段串设计成fianl，更符合自然语言的特征。就像字或者单词，应该就是保持不变的，使用才可靠，如果使用的是一个可能变化的单词，比如你标记自己的性别是male，但是被别人给篡改成了female，将是多么可笑和可怕的事情。

如何实现不可变？

首先看下String的签名及内部数据结构字段的定义。

 public final class String
    implements java.io. Serializable , Comparable<String>, CharSequence {

    @Stable
    private final byte[] value;
}
  

数组 value 被关键字 final 修饰。大家都知道final关键字修饰字段时，只能限制修改字段的引用，如果字段是数组或者对象，是无法限制修改数组和对象的内容。所以仅仅限制字段 value 为 final 是无法保证String对象是不可变的。

String主要提供了多种构造方法，以及其他操作方法，比如检查序列中的各个字符，比较字符串，搜索字符串，提取子字符串以及创建字符串的副本，并将所有字符均转换为大写或小写等。这些方法的默认实现都没有修改value字段，或者返回value的引用。以下是 replace 方法和 getBytes 方法的代码。

replace方法

String.replace 方法的代码：

 public String replace(char oldChar, char newChar) {
    if (oldChar != newChar) {
        String ret = isLatin1() ? StringLatin1.replace(value, oldChar, newChar)
                                : StringUTF16.replace(value, oldChar, newChar);
        if (ret != null) {
            return ret;
        }
    }
    return this;
}
  

并没有将直接修改value的内容，而是调用 StringLatin1.replace 或者 StringUTF16.replace 。以 StringUTF16.replace 方法为例，方法内并没有修改value内容的代码，而是复制了value数组，请看其中代码片段：

 byte buf[] = new byte[value.length];
for (int j = 0; j < i; j++) {
    putChar(buf, j,  getChar (value, j)); // TBD:arraycopy?
}
while (i < len) {
    char c = get Char (value, i);
    putChar(buf, i, c == oldChar ? newChar : c);
    i++;
}
  

getBytes方法

String.get byte s 方法的代码：

 public byte[] getBytes() {
    return StringCoding.encode(coder(), value);
}
  

StringCoding.encode 方法调用其重载方法，重载方法又调用了 encodeUTF8 方法。 encodeUTF8 方法同样没有修改value的内容，而只是读取。以下是其中代码片段：

 dst = new byte[val.length << 1];
for (int sp = 0; sp < val.length; sp++) {
    byte c = val[sp];
    if (c < 0) {
        dst[dp++] = (byte)(0xc0 | ((c & 0xff) >> 6));
        dst[dp++] = (byte)(0x80 | (c & 0x3f));
    } else {
        dst[dp++] = c;
    }
}
  

final修饰类

最后，通过final修饰类，禁止子类复写String方法的逻辑。

 public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence 
  

总结

总的来讲，String的实现者通过四步来实现String的不可变性：

1. final修饰字段，限制字段引用不可修改；
2. 默认方法实现，保证了不修改任何的字段的内容；
3. 保护字段的引用不外泄，避免使用者拿到引用后修改数组或者对象的内容，String的默认实现并没有将字段的引用返回给使用者；
4. final修饰String类，禁止使用者通过继承的来 复写 String方法逻辑，来破坏String的不可变性。