String 類設計成不可變的原因及好處？

String 設計成不可變，主要是從性能和安全兩方面考慮。

1、常量池的需要

這個方面很好理解，Java 中的字符串常量池的存在就是為了性能優化。

字符串常量池（String pool）是 Java 堆內存中一個特殊的存儲區域，當創建一個 String 對象時，假如此字符串已經存在于常量池中，則不會創建新的對象，而是直接引用已經存在的對象。這樣做能夠減少 JVM 的內存開銷，提高效率。

比如引用 s1和 s2 都是指向常量池的同一個對象 "abc"，如果 String 是可變類，引用 s1 對 String 對象的修改，會直接導致引用 s2 獲取錯誤的值。

String s1 = "abc";
String s2 = "abc";

所以，如果字符串是可變的，那么常量池就沒有存在的意義了。

2、hashcode 緩存的需要

因為字符串不可變，所以在它創建的時候 hashcode 就被緩存了，不需要重新計算。這就使得字符串很適合作為 HashMap 中的 key，效率大大提高。

3、多線程安全

多線程中，可變對象的值很可能被其他線程改變，造成不可預期的結果。而不可變的 String 可以自由在多個線程之間共享，不需要同步處理。

String 類是如何實現不可變的？

1、私有成員變量

String 的內部很簡單，有兩個私有成員變量

/** The value is used for character storage. */
private final char value[];

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

而并沒有對外提供可以修改這兩個屬性的方法。

2、Public 的方法都是復制一份數據

String 有很多 public 方法，每個方法都將創建新的 String 對象，比如 substring 方法：

public String substring(int beginIndex) {
    if (beginIndex < 0) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(beginIndex);
    }
    int subLen = value.length - beginIndex;
    if (subLen < 0) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(subLen);
    }
    return (beginIndex == 0) ? this : new String(value, beginIndex, subLen);
}

3、String 是 final 的

String 被 final 修飾，因此我們不可以繼承 String，因此就不能通過繼承來重寫一些方法。

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

4、構造函數深拷貝

當傳入可變數組 value[] 時，進行 copy 而不是直接將 value[] 復制給內部變量。

public String(char value[]) {
    this.value = Arrays.copyOf(value, value.length);
}

從 String 類的設計方式，我們可以總結出實現不可變類的方法：

• 將 class 自身聲明為 final，這樣別人就不能通過擴展來繞過限制了。
• 將所有成員變量定義為 private 和 final，并且不要實現 setter 方法。
• 通過構造對象時，成員變量使用深拷貝來初始化，而不是直接賦值，這是一種防御措施，因為你無法確定輸入對象不被其他人修改。
• 如果確實需要 getter 方法，或者其他可能返回內部狀態的方法，使用 copy-on-write 原則，創建私有的 copy。