什么是不可变对象
  众所周知, 在Java中, String类是不可变的。那么到底什么是不可变的对象呢? 可以这样认为:如果一个对象,在它创建完成之后,不能再改变它的状态,那么这个对象是不可变的。不能改变状态的意思是,不能改变对象内的成员变量,包括基本数据类型的值不能改变,引用类型的变量不能指向其他的对象,引用类型指向的对象的状态也不能改变。
  区分对象和对象的引用
  对于Java初学者, 对于String是不可变对象总是存有疑惑。看下面代码:
  String s = "ABCabc";
  System.out.println("s = " + s);
  s = "123456";
  System.out.println("s = " + s);
  打印结果为:
  s = ABCabc
  s = 123456
  首先创建一个String对象s,然后让s的值为“ABCabc”, 然后又让s的值为“123456”。 从打印结果可以看出,s的值确实改变了。那么怎么还说String对象是不可变的呢? 其实这里存在一个误区: s只是一个String对象的引用,并不是对象本身。对象在内存中是一块内存区,成员变量越多,这块内存区占的空间越大。引用只是一个4字节的数据,里面存放了它所指向的对象的地址,通过这个地址可以访问对象。
  也是说,s只是一个引用,它指向了一个具体的对象,当s=“123456”; 这句代码执行过之后,又创建了一个新的对象“123456”, 而引用s重新指向了这个心的对象,原来的对象“ABCabc”还在内存中存在,并没有改变。内存结构如下图所示:

  Java和C++的一个不同点是, 在Java中不可能直接操作对象本身,所有的对象都由一个引用指向,必须通过这个引用才能访问对象本身,包括获取成员变量的值,改变对象的成员变量,调用对象的方法等。而在C++中存在引用,对象和指针三个东西,这三个东西都可以访问对象。其实,Java中的引用和C++中的指针在概念上是相似的,他们都是存放的对象在内存中的地址值,只是在Java中,引用丧失了部分灵活性,比如Java中的引用不能像C++中的指针那样进行加减运算。
  为什么String对象是不可变的?
  要理解String的不可变性,首先看一下String类中都有哪些成员变量。 在JDK1.6中,String的成员变量有以下几个:
  public final class String
  implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence
  {
  /** The value is used for character storage. */
  private final char value[];
  /** The offset is the first index of the storage that is used. */
  private final int offset;
  /** The count is the number of characters in the String. */
  private final int count;
  /** Cache the hash code for the string */
  private int hash; // Default to 0
  在JDK1.7中,String类做了一些改动,主要是改变了substring方法执行时的行为,这和本文的主题不相关。JDK1.7中String类的主要成员变量剩下了两个:
  public final class String 
  implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence { 
  /** The value is used for character storage. */ 
  private final char value[]; 
  /** Cache the hash code for the string */ 
  private int hash; // Default to 0
  由以上的代码可以看出, 在Java中String类其实是对字符数组的封装。JDK6中, value是String封装的数组,offset是String在这个value数组中的起始位置,count是String所占的字符的个数。在JDK7中,只有一个value变量,也是value中的所有字符都是属于String这个对象的。这个改变不影响本文的讨论。 除此之外还有一个hash成员变量,是该String对象的哈希值的缓存,这个成员变量也和本文的讨论无关。在Java中,数组也是对象(可以参考我之前的文章java中数组的特性)。 所以value也只是一个引用,它指向一个真正的数组对象。其实执行了String s = “ABCabc”; 这句代码之后,真正的内存布局应该是这样的:

  value,offset和count这三个变量都是private的,并且没有提供setValue, setOffset和setCount等公共方法来修改这些值,所以在String类的外部无法修改String。也是说一旦初始化不能修改, 并且在String类的外部不能访问这三个成员。此外,value,offset和count这三个变量都是final的, 也是说在String类内部,一旦这三个值初始化了, 也不能被改变。所以可以认为String对象是不可变的了。
  那么在String中,明明存在一些方法,调用他们可以得到改变后的值。这些方法包括substring, replace, replaceAll, toLowerCase等。例如如下代码:
  String a = "ABCabc"; 
  System.out.println("a = " + a); 
  a = a.replace('A', 'a'); 
  System.out.println("a = " + a);
  打印结果为:
  a = ABCabc
  a = aBCabc