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Java 基礎(chǔ)面試真題：String 為什么是不可變的?

更新時(shí)間：2025年01月27日 09:22:12 作者：思wu邪

本文主要介紹了String、StringBuffer和StringBuilder的區(qū)別,以及String不可變的原因,String不可變的原因是其內(nèi)部使用final修飾的char數(shù)組保存字符串,同時(shí)String類沒(méi)有提供修改字符串的方法,在Java9之后,String的底層實(shí)現(xiàn)由char[]改成了byte[],這是為了節(jié)省內(nèi)存空間

?? 修正：我們知道被 final 關(guān)鍵字修飾的類不能被繼承，修飾的方法不能被重寫(xiě)，修飾的變量是基本數(shù)據(jù)類型則值不能改變，修飾的變量是引用類型則不能再指向其他對(duì)象。因此，final 關(guān)鍵字修飾的數(shù)組保存字符串并不是 String 不可變的根本原因，因?yàn)檫@個(gè)數(shù)組保存的字符串是可變的（final 修飾引用類型變量的情況）。

String 真正不可變有下面幾點(diǎn)原因：

保存字符串的數(shù)組被 final 修飾且為私有的，并且String 類沒(méi)有提供/暴露修改這個(gè)字符串的方法。

String 類被 final 修飾導(dǎo)致其不能被繼承，進(jìn)而避免了子類破壞 String 不可變。

相關(guān)閱讀：如何理解 String 類型值的不可變？- 知乎提問(wèn)[1]

補(bǔ)充（來(lái)自issue 675[2]）：在 Java 9 之后，String 、StringBuilder 與 StringBuffer 的實(shí)現(xiàn)改用 byte 數(shù)組存儲(chǔ)字符串。

Java 9 為何要將 String 的底層實(shí)現(xiàn)由 char[] 改成了 byte[] ?

新版的 String 其實(shí)支持兩個(gè)編碼方案：Latin-1 和 UTF-16。如果字符串中包含的漢字沒(méi)有超過(guò) Latin-1 可表示范圍內(nèi)的字符，那就會(huì)使用 Latin-1 作為編碼方案。Latin-1 編碼方案下，byte 占一個(gè)字節(jié)(8 位)，char 占用 2 個(gè)字節(jié)（16），byte 相較 char 節(jié)省一半的內(nèi)存空間。

如果字符串中包含的漢字超過(guò) Latin-1 可表示范圍內(nèi)的字符，byte 和 char 所占用的空間是一樣的。

這是官方的介紹：https://openjdk.java.net/jeps/254 。

StringBuilder 與 StringBuffer 都繼承自 AbstractStringBuilder 類，在 AbstractStringBuilder 中也是使用字符數(shù)組保存字符串，不過(guò)沒(méi)有使用 final 和 private 關(guān)鍵字修飾，最關(guān)鍵的是這個(gè) AbstractStringBuilder 類還提供了很多修改字符串的方法比如 append 方法。

abstract class AbstractStringBuilder implements Appendable, CharSequence {
    char[] value;
    public AbstractStringBuilder append(String str) {
        if (str == null)
            return appendNull();
        int len = str.length();
        ensureCapacityInternal(count + len);
        str.getChars(0, len, value, count);
        count += len;
        return this;
    }
   //...
}

線程安全性

String 中的對(duì)象是不可變的，也就可以理解為常量，線程安全。AbstractStringBuilder 是 StringBuilder 與 StringBuffer 的公共父類，定義了一些字符串的基本操作，如 expandCapacity、append、insert、indexOf 等公共方法。StringBuffer 對(duì)方法加了同步鎖或者對(duì)調(diào)用的方法加了同步鎖，所以是線程安全的。StringBuilder 并沒(méi)有對(duì)方法進(jìn)行加同步鎖，所以是非線程安全的。

性能

每次對(duì) String 類型進(jìn)行改變的時(shí)候，都會(huì)生成一個(gè)新的 String 對(duì)象，然后將指針指向新的 String 對(duì)象。StringBuffer 每次都會(huì)對(duì) StringBuffer 對(duì)象本身進(jìn)行操作，而不是生成新的對(duì)象并改變對(duì)象引用。相同情況下使用 StringBuilder 相比使用 StringBuffer 僅能獲得 10%~15% 左右的性能提升，但卻要冒多線程不安全的風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)于三者使用的總結(jié)：