String 为什么不可变?
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今天来分享一道群友去阿里云面试遇到的 Java 基础面试真题:“String
、StringBuffer
、StringBuilder
的区别?String
为什么是不可变的?”。
网站很多文章都把 String
不可变的原因讲错了,建议你重点关注一下。另外,本文还提到了 :“Java 9 为何要将 String 的底层实现由 char[]
改成了 byte[]
?”
下面是正文。
可变性
简单的来说: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。×
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:
- 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。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[1]
补充(来自issue 675[2]):在 Java 9 之后,
String
、StringBuilder
与StringBuffer
的实现改用byte
数组存储字符串。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。如果字符串中包含的汉字超过 Latin-1 可表示范围内的字符,
byte
和char
所占用的空间是一样的。这是官方的介绍:https://openjdk.java.net/jeps/254 。
StringBuilder
与 StringBuffer
都继承自 AbstractStringBuilder
类,在 AbstractStringBuilder
中也是使用字符数组保存字符串,不过没有使用 final
和 private
关键字修饰,最关键的是这个 AbstractStringBuilder
类还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;
}
//...
}
线程安全性
String
中的对象是不可变的,也就可以理解为常量,线程安全。AbstractStringBuilder
是 StringBuilder
与 StringBuffer
的公共父类,定义了一些字符串的基本操作,如 expandCapacity
、append
、insert
、indexOf
等公共方法。StringBuffer
对方法加了同步锁或者对调用的方法加了同步锁,所以是线程安全的。StringBuilder
并没有对方法进行加同步锁,所以是非线程安全的。
性能
每次对 String
类型进行改变的时候,都会生成一个新的 String
对象,然后将指针指向新的 String
对象。StringBuffer
每次都会对 StringBuffer
对象本身进行操作,而不是生成新的对象并改变对象引用。相同情况下使用 StringBuilder
相比使用 StringBuffer
仅能获得 10%~15% 左右的性能提升,但却要冒多线程不安全的风险。
对于三者使用的总结:
- 操作少量的数据: 适用
String
- 单线程操作字符串缓冲区下操作大量数据: 适用
StringBuilder
- 多线程操作字符串缓冲区下操作大量数据: 适用
StringBuffer
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