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：

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[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：

1. 操作少量的数据: 适用 String
2. 单线程操作字符串缓冲区下操作大量数据: 适用 StringBuilder
3. 多线程操作字符串缓冲区下操作大量数据: 适用 StringBuffer