String 为什么是不可变的?

String 类中使用 final 关键字修饰字符数组来保存字符串，所以String 对象是不可变的。

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public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
	private final char[] value;
//...
}

🐛 修正：我们知道被 final 关键字修饰的类不能被继承，修饰的方法不能被重写，修饰的变量是基本数据类型则值不能改变，修饰的变量是引用类型则不能再指向其他对象。因此，final 关键字修饰的数组保存字符串并不是 String 不可变的根本原因，因为这个数组保存的字符串是可变的（final 修饰引用类型变量的情况）。

String 真正不可变有下面几点原因：

1. 保存字符串的数组被 final 修饰且为私有的，并且String 类没有提供/暴露修改这个字符串的方法。
2. String 类被 final 修饰导致其不能被继承，进而避免了子类破坏 String 不可变。

相关阅读：如何理解 String 类型值的不可变？ - 知乎提问open in new window

在 Java 9 之后，String、StringBuilder 与 StringBuffer 的实现改用 byte 数组存储字符串。

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public final class String implements java.io.Serializable,Comparable<String>, CharSequence {
	// @Stable 注解表示变量最多被修改一次，称为“稳定的”。
	@Stable
	private final byte[] value;
	}
	
	abstract class AbstractStringBuilder implements Appendable, CharSequence {
	byte[] value;

}

Java 9 为何要将 String 的底层实现由 char[] 改成了 byte[] ?

新版的 String 其实支持两个编码方案：Latin-1 和 UTF-16。如果字符串中包含的汉字没有超过 Latin-1 可表示范围内的字符，那就会使用 Latin-1 作为编码方案。Latin-1 编码方案下，byte 占一个字节(8 位)，char 占用 2 个字节（16），byte 相较 char 节省一半的内存空间。

String不可变的意义

String 类在 Java 中是一个非常重要的类，它表示字符序列，并且设计为不可变的（immutable）。String 类底层使用 final char[] value 数组来存储字符数据，这意味着一旦创建了一个 String 对象，它的内容就不能再被更改。不可变性带来了多个好处：

  1. 线程安全：
  • 不可变性保证了 String 对象在多线程环境中是安全的，因为它的内容不会改变。这意味着多个线程可以共享一个 String 对象，而不用担心数据一致性问题。
  1. 节省内存：
  • Java 运行时会在字符串常量池中存储字符串字面量，如果存在相同的字符串字面量，就会共享相同的内存空间。这种共享减少了重复字符串的存储，节省了内存资源。例如，String s1 = "abc"; String s2 = "abc"; 在这种情况下，s1 和 s2 引用的是同一个对象。
  1. 简化编程模型：
  • 不可变性简化了编程模型，因为一旦创建了 String 对象，就不需要担心后续的操作会改变它的内容。这有助于减少程序中的错误。
  1. 哈希码稳定性：
  • String 类重写了 hashCode 方法，使其返回值依赖于字符串的内容。由于 String 是不可变的，其哈希码在对象创建时计算一次即可，之后不会改变。这对于 HashMap 或其他依赖哈希码的数据结构非常重要，因为哈希码的变化会导致这些数据结构无法正常工作。
  1. 方便作为键使用：
  • 由于 String 的不可变性，它可以安全地作为 HashMap 或其他集合框架中的键使用。当 String 作为键时，其内容不会改变，因此总是可以正确地找到对应的值。
  1. 简化内部优化：
  • JVM 能够对不可变的 String 做更多的优化，因为它们的内容永远不会改变。例如，JIT 编译器可以更自由地缓存结果，提高性能。
  1. 简化序列化过程：
  • 由于 String 对象是不可变的，它们在序列化和反序列化过程中不会出现问题，因为对象的状态不会发生变化。