1. 前言

最近看到几个有趣的关于Java核心类String的问题。

String类是如何实现其不可变的特性的，设计成不可变的好处在哪里。

为什么不推荐使用+号的方式去形成新的字符串，推荐使用StringBuilder或者StringBuffer呢。

2. String类是如何实现不可变的

String类的一大特点，就是使用Final类修饰符。

A class can be declared final if its definition is complete and no subclasses are desired or required.

Because a final class never has any subclasses, the methods of a final class are never overridden .

Java SE 7 官方手册中的定义如上，如果你认为这个类已经定义完全并且不需要任何子类的话，可以将这个类声明为Final，Final类中的方法将永远不会被重写。

在Java中，String是被设计成一个不可变(immutable)类，一旦创建完后，字符串本身是无法通过正常手段被修改的。

选了substring方法来做一个代表，其他常见的涉及String操作的方法都是类似，如果你操作后的内容会和目前String中的内容不一致的话，那么都是重新创建一个新的String类返还，不会让你去修改内部的内容。

将String类设计成Final类，能够避免其方法被子类重写，从而破坏了它本身方法的实现，进而破坏了不可变的特性。

2.1 String类设计成不可变的好处

我们都不是Java语言的设计者，不知道其为何一定要设计成不可变，试着做一些猜想。

1.可以实现多个变量引用JVM内存中的同一个字符串实例。见后文String Pool的介绍。

2.安全性，String类的用途实在太广了，如果可以随意修改的，是不是很恐怖。

3.性能，String大量运用在哈希的处理中，由于String的不可变性，可以只计算一次哈希值，然后缓存在内部，后续直接取就好了。如果String类是可变的话，在进行哈希处理的时候，需要进行大量的哈希值的重新计算。

2.2 String Pool

上文说了，设计成不可变后，可以多个变量引用JVM上同一块地址,可以节省内存空间，相同的字符串不用重复占用Heap区域空间。

String test1 ="abc";

String test2 ="abc";

通常我们平时在使用字符串是，都是通过这种方式使用，那么JVM中的大致存储就是如下图所示。

两个变量同时引用了String Pool中的abc，如果String类是可变的话，也就不能存在String Pool这样的设计了。 在平时我们还会通过new关键字来生成String，那么新创建的String是否也会和上文中的示例一样共享同一个字符串地址呢。

String test1 ="abc";

String test2 ="abc";

String test3 =newString("abc");

答案是不会，使用new关键字会在堆区在创建出一个字符串，所以使用new来创建字符串还是很浪费内存的，内存结构如下图所示。

2.3 不推荐使用+来拼装字符串的原因。

首先我们来看这一段代码，应该是之前写代码比较常见的。

String test1 ="abc";

String test2 ="abc";

String test3 = test1 + test2;

test3通过test1和test2拼接而成，我们看一下这个过程中的字节码。

从以上图我们可以看到，目前的JDK7的做法是，会通过新建StringBuilder的方式来完成这个+号的操作。这是目前的一个底层字节码的实现，那么是不是没有使用StringBuilder或者StringBuffer的必要了呢。还是有的，看下一个例子。

String test2 ="abc";

String test3 ="abc";

for(inti =0; i <5; i++) {

test3 += test2;

}

在上述代码中，我们还是使用+号进行拼接，但这次我们加了一个循环，看一下字节码有什么变化。

每次循环都会创建一个StringBuilder，在末尾再调用toString返还回去，效率很低。继续看下一个例子，我们直接使用StringBuilder，来做拼接。

String test2 ="abc";

// 使用StringBuilder进行拼接

StringBuilder test4 =newStringBuilder("abc");

for(inti =0; i <5; i++) {

test4.append(test2);

}

每次循环体中只会调用之前创建的StringBuilder的append方法进行拼接，效率大大提高。

3. 总结

本文主要探讨了String类设计为Final修饰和不可变类的原因，以及为何在日常工作中不推荐使用+号进行字符串拼接。