我们都知道String在Java中是不可变的,但是检查下面的代码:

String s1 = "Hello World";  
String s2 = "Hello World";  
String s3 = s1.substring(6);  
System.out.println(s1); // Hello World  
System.out.println(s2); // Hello World  
System.out.println(s3); // World  

Field field = String.class.getDeclaredField("value");  
field.setAccessible(true);  
char[] value = (char[])field.get(s1);  
value[6] = 'J';  
value[7] = 'a';  
value[8] = 'v';  
value[9] = 'a';  
value[10] = '!';  

System.out.println(s1); // Hello Java!  
System.out.println(s2); // Hello Java!  
System.out.println(s3); // World  

为什么这个程序是这样运行的?为什么s1和s2的值变了,而s3的值不变?


当前回答

字符串是不可变的*,但这只意味着你不能使用它的公共API更改它。

您在这里所做的是绕过常规API,使用反射。同样地,你可以改变枚举的值,改变Integer自动装箱中使用的查找表等等。

s1和s2改变值的原因是,它们都指向同一个被合并的字符串。编译器执行此操作(如其他答案所述)。

s3没有这样做的原因实际上让我有点惊讶,因为我认为它会共享值数组(在Java 7u6之前的早期版本中是这样的)。但是,查看String的源代码,我们可以看到子字符串的值字符数组实际上是复制的(使用Arrays.copyOfRange(..))。这就是它不变的原因。

你可以安装一个SecurityManager,避免恶意代码做这样的事情。但是请记住,有些库依赖于使用这种反射技巧(通常是ORM工具,AOP库等)。

*)我最初写的字符串不是真正的不可变,只是“有效的不可变”。在String的当前实现中,这可能会引起误解,其中值数组确实被标记为private final。不过,仍然值得注意的是,在Java中没有办法将数组声明为不可变的,因此必须注意不要在类之外公开它,即使使用适当的访问修饰符。


由于这个话题似乎非常受欢迎,这里有一些建议的进一步阅读:Heinz Kabutz在JavaZone 2009上的Reflection Madness演讲,它涵盖了OP中的许多问题,以及其他的反思……嗯…疯狂。

它涵盖了为什么这有时是有用的。以及为什么,大多数时候,你应该避免它。: -)

其他回答

您正在使用反射来访问字符串对象的“实现细节”。不可变性是对象的公共接口的特性。

可见性修饰符和final(即不可变性)不是针对Java中的恶意代码的度量;它们仅仅是防止出现错误并使代码更具可维护性的工具(这是系统的一大卖点)。这就是为什么您可以通过反射访问内部实现细节,例如字符串的支持字符数组。

你看到的第二个效果是所有的字符串都改变了,而看起来你只改变了s1。它是Java字符串字面量的一个特定属性,它们被自动存储,即缓存。两个具有相同值的String字面值实际上是同一个对象。当你用new创建一个String时,它不会自动被实习生,你也不会看到这个效果。

#substring until recently (Java 7u6) worked in a similar way, which would have explained the behaviour in the original version of your question. It didn't create a new backing char array but reused the one from the original String; it just created a new String object that used an offset and a length to present only a part of that array. This generally worked as Strings are immutable - unless you circumvent that. This property of #substring also meant that the whole original String couldn't be garbage collected when a shorter substring created from it still existed.

在当前的Java和当前版本的问题中,#substring没有奇怪的行为。

在Java中,如果两个字符串基元变量被初始化为相同的字面值,它会将相同的引用赋给这两个变量:

String Test1="Hello World";
String Test2="Hello World";
System.out.println(test1==test2); // true

这就是比较返回true的原因。第三个字符串是使用substring()创建的,它创建了一个新的字符串,而不是指向相同的字符串。

当你使用反射访问一个字符串时,你会得到实际的指针:

Field field = String.class.getDeclaredField("value");
field.setAccessible(true);

因此,更改this将更改持有指向它的指针的字符串,但由于substring()使用新字符串创建了s3,因此它不会更改。

补充@haraldK的答案-这是一个安全黑客,可能会导致应用程序的严重影响。

首先要修改存储在字符串池中的常量字符串。当string被声明为string s = "Hello World";时,它被放置到一个特殊的对象池中以供进一步重用。问题是编译器将在编译时放置对修改后版本的引用,一旦用户在运行时修改了存储在此池中的字符串,代码中的所有引用将指向修改后的版本。这将导致以下错误:

System.out.println("Hello World"); 

将打印:

Hello Java!

当我在这样危险的字符串上实现繁重的计算时,我遇到了另一个问题。在计算过程中出现了一个bug,大约发生了100万分之一的概率,这使得结果不确定。我能够通过关闭JIT来发现问题——我总是得到相同的结果,关闭JIT。我猜原因是这个字符串安全黑客破坏了一些JIT优化契约。

字符串是不可变的*,但这只意味着你不能使用它的公共API更改它。

您在这里所做的是绕过常规API,使用反射。同样地,你可以改变枚举的值,改变Integer自动装箱中使用的查找表等等。

s1和s2改变值的原因是,它们都指向同一个被合并的字符串。编译器执行此操作(如其他答案所述)。

s3没有这样做的原因实际上让我有点惊讶,因为我认为它会共享值数组(在Java 7u6之前的早期版本中是这样的)。但是,查看String的源代码,我们可以看到子字符串的值字符数组实际上是复制的(使用Arrays.copyOfRange(..))。这就是它不变的原因。

你可以安装一个SecurityManager,避免恶意代码做这样的事情。但是请记住,有些库依赖于使用这种反射技巧(通常是ORM工具,AOP库等)。

*)我最初写的字符串不是真正的不可变,只是“有效的不可变”。在String的当前实现中,这可能会引起误解,其中值数组确实被标记为private final。不过,仍然值得注意的是,在Java中没有办法将数组声明为不可变的,因此必须注意不要在类之外公开它,即使使用适当的访问修饰符。


由于这个话题似乎非常受欢迎,这里有一些建议的进一步阅读:Heinz Kabutz在JavaZone 2009上的Reflection Madness演讲,它涵盖了OP中的许多问题,以及其他的反思……嗯…疯狂。

它涵盖了为什么这有时是有用的。以及为什么,大多数时候,你应该避免它。: -)