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面试:String 为什么是不可变的?
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面试:String 为什么是不可变的?

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分享一道群友去阿里云面试遇到的 Java 基础面试真题:“StringStringBufferStringBuilder 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,StringStringBuilderStringBuffer 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,bytechar 所占用的空间是一样的。

这是官方的介绍:https://openjdk.java.net/jeps/254

StringBuilderStringBuffer 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 finalprivate 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。AbstractStringBuilderStringBuilderStringBuffer 的公共父类,定义了一些字符串的基本操作,如 expandCapacityappendinsertindexOf 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

参考资料

[1]如何理解 String 类型值的不可变?- 知乎提问: https://www.zhihu.com/question/20618891/answer/114125846

[2]issue 675: https://github.com/Snailclimb/JavaGuide/issues/675

原文地址:阿里云二面: String 为什么不可变?


标题:面试:String 为什么是不可变的?
作者:JssDream
地址:https://www.hjava.cn/articles/2022/03/21/1647844375128.html