创建一个可变的 java.lang.String

Question

众所周知，Java Strings 是不可变的。从一开始，不可变字符串就是对 java 的一个很好的补充。不变性允许快速访问和大量优化，与 C 风格的字符串相比，出错率显着降低，并有助于实施安全模型。

可以在不使用 hack 的情况下创建一个可变的，即

• java.lang.reflect
• sun.misc.Unsafe
• 引导类加载器中的类
• JNI（或 JNA，因为它需要 JNI）

但是在纯 Java 中是否有可能，以便可以随时修改字符串？问题是如何？

Answer 1

用 Charset 构造函数创建一个java.lang.String，可以注入你自己的Charset，这会带来你自己的CharsetDecoder。 CharsetDecoder 在 decodeLoop 方法中获取对 CharBuffer 对象的引用。 CharBuffer 包装了原始 String 对象的 char[]。由于 CharsetDecoder 有对它的引用，您可以使用 CharBuffer 更改底层 char[]，因此您有一个可变字符串。

public class MutableStringTest {


    // http://stackoverflow.com/questions/11146255/how-to-create-mutable-java-lang-string#11146288
    @Test
    public void testMutableString() throws Exception {
        final String s = createModifiableString();
        System.out.println(s);
        modify(s);
        System.out.println(s);
    }

    private final AtomicReference<CharBuffer> cbRef = new AtomicReference<CharBuffer>();
    private String createModifiableString() {
        Charset charset = new Charset("foo", null) {
            @Override
            public boolean contains(Charset cs) {
                return false;
            }

            @Override
            public CharsetDecoder newDecoder() {
                CharsetDecoder cd = new CharsetDecoder(this, 1.0f, 1.0f) {
                    @Override
                    protected CoderResult decodeLoop(ByteBuffer in, CharBuffer out) {
                        cbRef.set(out);
                        while(in.remaining()>0) {
                            out.append((char)in.get());
                        }
                        return CoderResult.UNDERFLOW;
                    }
                };
                return cd;
            }

            @Override
            public CharsetEncoder newEncoder() {
                return null;
            }
        };
        return new String("abc".getBytes(), charset);
    }
    private void modify(String s) {
        CharBuffer charBuffer = cbRef.get();
        charBuffer.position(0);
        charBuffer.put("xyz");
    }

}

运行代码打印

abc
zzz

我不知道如何正确实现 decodeLoop()，但我现在不在乎 :)

Answer 2

@mhaller 很好地回答了这个问题。我会说所谓的谜题非常简单，只需查看 String one 的可用 c-tors 就应该能够找出 how 部分，一个

演练

感兴趣的 C-tor 在下面，如果您要闯入/破解/寻找安全漏洞，请始终寻找非最终任意类。这里的案例是java.nio.charset.Charset

//String
public String(byte bytes[], int offset, int length, Charset charset) {
    if (charset == null)
        throw new NullPointerException("charset");
    checkBounds(bytes, offset, length);
    char[] v = StringCoding.decode(charset, bytes, offset, length);
    this.offset = 0;
    this.count = v.length;
    this.value = v;
}

c-tor 通过传递 Charset 而不是图表集名称来避免查找 chartsetName->charset，提供了据称快速的方法来将 byte[] 转换为 String。 它还允许传递任意 Charset 对象来创建字符串。 Charset 主路由将java.nio.ByteBuffer 的内容转换为CharBuffer。 CharBuffer 可以包含对 char[] 的引用，并且可以通过 array() 获得，而且 CharBuffer 也是完全可修改的。

    //StringCoding
    static char[] decode(Charset cs, byte[] ba, int off, int len) {
        StringDecoder sd = new StringDecoder(cs, cs.name());
        byte[] b = Arrays.copyOf(ba, ba.length);
        return sd.decode(b, off, len);
    }

    //StringDecoder
    char[] decode(byte[] ba, int off, int len) {
        int en = scale(len, cd.maxCharsPerByte());
        char[] ca = new char[en];
        if (len == 0)
            return ca;
        cd.reset();
        ByteBuffer bb = ByteBuffer.wrap(ba, off, len);
        CharBuffer cb = CharBuffer.wrap(ca);
        try {
            CoderResult cr = cd.decode(bb, cb, true);
            if (!cr.isUnderflow())
                cr.throwException();
            cr = cd.flush(cb);
            if (!cr.isUnderflow())
                cr.throwException();
        } catch (CharacterCodingException x) {
            // Substitution is always enabled,
            // so this shouldn't happen
            throw new Error(x);
        }
        return safeTrim(ca, cb.position(), cs);
    }

为了防止更改char[]，Java 开发人员会像任何其他字符串构造一样复制数组（例如public String(char value[])）。但是有一个例外 - 如果没有安装 SecurityManager，则不会复制 char[]。

    //Trim the given char array to the given length
    //
    private static char[] safeTrim(char[] ca, int len, Charset cs) {
        if (len == ca.length 
                && (System.getSecurityManager() == null
                || cs.getClass().getClassLoader0() == null))
            return ca;
        else
            return Arrays.copyOf(ca, len);
    }

因此，如果没有 SecurityManager，那么绝对有可能拥有一个被字符串引用的可修改 CharBuffer/char[]。

现在一切看起来都很好 - 除了byte[] 也被复制（上面的粗体字）。这是 Java 开发人员在哪里变得懒惰并大错特错。

副本对于防止流氓字符集（上面的示例）能够更改源字节[]是必要的。但是，想象一下大约 512KB byte[] 缓冲区包含少量字符串的情况。试图创建一个小而少的图表 - new String(buf, position, position+32,charset) 导致大量 512KB 字节 [] 副本。如果缓冲区为 1KB 左右，则永远不会真正注意到影响。但是，对于大缓冲区，性能影响确实很大。简单的解决方法是复制相关部分。

...或者java.nio 的设计者考虑过引入只读缓冲区。只需调用 ByteBuffer.asReadOnlyBuffer() 就足够了（如果 Charset.getClassLoader()!=null)* 有时，即使是在 java.lang 工作的人也会完全搞错。

_{*Class.getClassLoader() 为引导类返回 null，即 JVM 本身附带的类。}

Answer 3

我会说 StringBuilder（或用于多线程使用的 StringBuffer）。是的，最后你会得到一个不可变的字符串。但这就是要走的路。

例如，在循环中附加字符串的最佳方法是使用 StringBuilder。当你使用“fu”+变量+“ba”时，Java本身使用StringBuilder。

http://docs.oracle.com/javase/6/docs/api/java/lang/StringBuilder.html

append(blub).append(5).appen("dfgdfg").toString();

Answer 4

// How to achieve String Mutability

import java.lang.reflect.Field; 

public class MutableString {

    public static void main(String[] args) { 
        String s = "Hello"; 

        mutate(s);
        System.out.println(s); 

    } 

    public static void mutate(String s) {
        try {

            String t = "Hello world";
            Field val = String.class.getDeclaredField("value"); 
            Field count = String.class.getDeclaredField("count"); 
            val.setAccessible(true); 
            count.setAccessible(true); 

            count.setInt (s, t.length ());
            val.set (s, val.get(t));
        } 
        catch (Exception e) { e.printStackTrace(); }
    } 

}

Answer 5

不要重新发明轮子。 Apache commons 提供了这一点。

MutableObject<String> mutableString = new MutableObject<>();

Answer 6

交换java 和javac 的引导类路径的更简单方法

1) 去jdk安装并复制到单独的文件夹rt.jar和src.zip

2) 从源 zip 中解压缩 String.java 并将其更改为私有字段值 内部 char 数组公开

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    /** The value is used for character storage. */
    public final char value[];

3) 借助 javac 编译修改后的 String.java：

javac String.java

4) 将编译好的String.class和其他编译好的类移动到该目录下的rt.jar中

5) 创建使用字符串私有字段的测试类

package exp;

    class MutableStringExp { 

        public static void main(String[] args) {
            String letter = "A";
            System.out.println(letter);
            letter.value[0] = 'X';
            System.out.println(letter);
        }
    }

6) 创建空目录target 并编译测试类

javac -Xbootclasspath:rt.jar -d target MutableStringExp.java

7) 运行它

java -Xbootclasspath:rt.jar -cp "target" exp.MutableStringExp

输出是：

A
X

P.S 这仅适用于修改后的 rt.jar，使用此选项覆盖 rt.jar 违反了 jre 许可证。