一、String 类是不可变的

1.1 不可变的原因

在Java 中，对于String 类的定义如下：

在这里插入图片描述

由图可知，String 类的值存储于其私有变量value 中，而变量 value 是final 修饰的。
而在Java 中，final 修饰引用变量时代表给该引用无法修改其对象但可以改变其状态。
同时经过阅读源码，我们发现，在String 类中 value 是私有变量且没有提供对应的setter 方法；除了构造方法外，类中的方法也不会触碰value 中的元素。
以substring(int beginIndex,int endIndex) 方法为例，该方法并不会去修改当前String 对象的任何变量，而是使用 new String(...) 直接创建一个新的String 对象或返回自身。
也就是说，对于String 对象，一旦我们对其进行了赋值，该对象中的value 变量也就不再会有变化了。
这就是为什么我们说String 类是不可变类的原因。

1.2 不可变的好处

String 类是不可变类，其对象已经创建就不能进行修改。因此，在多线程操作时，可以认为其是不变的，不用担心其他线程有意或无意间对其进行了修改。
String 类得不可变性使其性质类似于只读得共享文件，不用担心因并发操作而导致的一系列问题，也就没必要使用线程同步操作，简单方便。

二、字符串的"+" 拼接

2.1 官方解释

在oracle jdk 8 的官方文档中关于Sting 类的描述中有这么一段文字：

The Java language provides special support for the string concatenation operator ( + ), and for conversion of other objects to strings. String concatenation is implemented through the StringBuilder(or StringBuffer) class and its append method.

具体的翻译是：

Java 语言提供对字符串串联符号（ " + " ）以及将其他对象转换为字符串的特殊支持。字符串串联是通过 StringBuilder（或StringBuffer ）类及其 append 方法实现的。

2.2 append() 方法

通过查看StringBuffer 类的源码，可以得知：对于append(...) 方法，在StringBuffer 类中并没有进行覆写，而是直接调用其父类的方法来实现。

在这里插入图片描述

而StringBuffer 类的父类是AbstractStringBuilder 抽象类。

public final class StringBuffer
extends AbstractStringBuilder
implements java.io.Serializable, CharSequence

2.3 具体实现

在AbstractStringBuilder 抽象类中对于append(...) 方法的定义有很多，我们主要看参数为String 类型的方法，其他的均是类似的过程：

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;
}

private AbstractStringBuilder appendNull() {
        int c = count;
        ensureCapacityInternal(c + 4);
        final char[] value = this.value;
        value[c++] = 'n';
        value[c++] = 'u';
        value[c++] = 'l';
        value[c++] = 'l';
        count = c;
        return this;
    }

String 中对于getChars(...) 方法的定义：

public void getChars(int srcBegin, int srcEnd, char dst[], int dstBegin) {
        if (srcBegin < 0) {
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(srcBegin);
        }
        if (srcEnd > value.length) {
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(srcEnd);
        }
        if (srcBegin > srcEnd) {
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(srcEnd - srcBegin);
        }
        System.arraycopy(value, srcBegin, dst, dstBegin, srcEnd - srcBegin);
    }

对于以上两段源码，其中，

ensureCapacityInternal(...) 方法的主要作用是扩充value 数组的大小，其实现最后还是使用System.arraycopy(...) 方法实现对原数组的复制。
System.arraycopy(...) 方法的作用就是实现数组之间的复制。

2.4 源码解析

2.4.1 方法解析

对于System.arraycopy(...) 方法：

public static native void arraycopy(Object src, int srcPos, Object dest, int destPos, int length)

参数解释：

Object src : 源数组
int srcPos : 源数组的起始位置
Object dest : 目标数组
int destPos : 目标数组的起始位置
int length : 复制长度

实现功能：

将参数str 从下标为srcPos 的位置开始，总共length 个字符( 在实际中不一定是str 的总长度 ) 复制到变量dest 中从下标为destPos 开始的位置。

2.4.2 实际调用

在append(String str) 方法调用过程中，对于最后的System.arraycopy(...) 方法，其参数具体如下：

 System.arraycopy(String.value, 0, AbstractStringBuilder.value,  AbstractStringBuilder.count, str.length());

其中，

String.value实际上就是append(String str) 方法的参数str ；
0 表示从str 下标为0 的位置开始复制；
AbstractStringBuilder.value 实际上就是StringBuffer 的字符数组，也就是说str 字符串最后添加到了StringBuffer 的字符数组后面；
AbstractStringBuilder.count 是AbstractStringBuilder 类中字符数组value 的长度( 即StringBuffer 的字符数组的长度 )，表示第一个复制字符的存储位置是value[count] ；
str.length() 顾名思义，指参数str 的长度，也就是说，此次复制是复制整个str 字符串。

也就是说，在实际的运行过程中，调用的System.arraycopy(...) 方法是这样子的：

System.arraycopy(str, 0, value, count, len);

因为count= value.length 并且 len=str.length，所以该方法实现的功能是：
将字符串str 拼接到字符数组value 之后，这里的value 指的是AbstractStringBuilder 类中的字符数组value ，也是StringBuffer 的字符数组。

2.5 转换成String

经过前面的几步，字符串str 已经成功拼接到了StringBuffer 的字符数组之后了，但是StringBuffer 又是怎么转换成String 类的呢？
其实很简单，只需要调用StringBuffer 的toString() 方法即可。
StringBuffer 类中对于toString() 方法的定义如下：

 @Override
public synchronized String toString() {
    if (toStringCache == null) {
        toStringCache = Arrays.copyOfRange(value, 0, count);
    }
    return new String(toStringCache, true);
}

String 类的构造方法：

String(char[] value, boolean share) {
    // assert share : "unshared not supported";
    this.value = value;
}

由上述源码可以发现，当调用StringBuffer 类的toString() 方法时，会自动新建一个String 对象，用以存储StringBuffer 类中字符数组的值。

三、总结

3.1 String 类的不可变性

String 类是不可变类的原因：

String 类的值封装在字符数组value 中，而value 是被final 修饰的，不可以改变对象
字符数组value 是私有变量，且没有提供setter 方法
除了构造方法，在String 类中的方法里都没有触碰字符数组value 里的元素

3.2 使用"+" 进行字符串拼接的过程

对于代码

String str = new String("a") ;
String string = str + "b" ;

字符串拼接的全过程如下：

临时创建一个StringBuffer 对象，并调用其append(String str) 方法进行字符串的连接操作
调用StringBuffer 对象的toString() 方法转换成String 对象，其内容为“ab"
将生成的String 对象赋值给变量string

这里要注意一点：

当使用运算符"+" 连接字符串时，如果两个操作数都是编译时常量，则在编译期就会计算出该字符串的值，而不会在运行时创建StringBuffer 或 StringBuilder 对象。

在实际编码时，我们常提倡不使用"+" 反复进行String 对象的连接，而是直接使用StringBuffer 或 StringBuilder 来连接的原因就是可以省去每次系统创建StringBuffer 或 StringBuilder的开销。

至此，本文结束。我是陈冰安，一个Java学习者。欢迎关注我的公众号【暗星涌动】，愿与你一同进步。

Java 中String 类的不可变性与字符串拼接解析