Java Academy · 课时

字符串为何不可变

Q: 「字符串为何不可变」这节课中我会学到什么？

理解字符串的不可变性 你通过在浏览器中直接运行的动手代码来练习 Java Academy，全天候 AI 导师会在你学习这节课的过程中回答你的问题。

理解字符串的不可变性

字符串为何不可变 是 CoddyKit 上的免费 Java Academy 课时。这是第 1 节课，共 4 节。你可以在下方免费阅读本课时的完整内容 — 然后在浏览器中使用内置代码编辑器和全天候 AI 导师进行实践。这是 Java Academy 学习路径的一部分，你的进度在网页和 CoddyKit 应用中同步。 Java Academy 课程共包含 4 节课。

字符串无法改变

在 Java 中，字符串是不可变的：一旦创建，其中的字符就永远不会改变。任何看似修改字符串的方法，实际上都会返回一个全新的字符串。

方法会返回新字符串

toUpperCase()、replace() 以及其他类似方法不会修改原字符串。它们会生成一个新的字符串，而原字符串保持不变。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String original = "hello";
        String upper = original.toUpperCase();
        System.out.println("original: " + original);
        System.out.println("upper: " + upper);
    }
}

重新赋值不是改变对象

当您写下 s = s + "!" 时，该变量现在指向一个新字符串。旧字符串对象没有改变，并且可能会被垃圾回收。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String s = "hi";
        String firstRef = s;
        s = s + "!";
        System.out.println("s: " + s);
        System.out.println("firstRef: " + firstRef);
    }
}

为什么需要不可变性

不可变性带来了实际的好处：

线程安全：字符串可以在不加锁的情况下共享
缓存：哈希码和池中的条目始终有效
安全性：传递给方法的字符串不会在您不知情的情况下被修改

字符串池

相同的字符串字面量可以在字符串池中共享同一个对象。只有因为字符串永远不会改变，这样做才是安全的。这里的两个字面量指向同一个池中对象。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String a = "java";
        String b = "java";
        System.out.println(a == b);
        System.out.println(a.equals(b));
    }
}

new String 会破坏池化

使用 new String(...) 会强制创建一个独立对象，因此即使内容相同，引用相等性也会不同。请始终使用 equals 比较内容。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String a = "java";
        String b = new String("java");
        System.out.println("== : " + (a == b));
        System.out.println("equals: " + a.equals(b));
    }
}

拼接的代价

字符串上的每个 + 都会创建一个新对象。在循环中这样做会分配许多生命周期很短的字符串，从而浪费时间和内存。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String result = "";
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            result = result + i;
        }
        System.out.println(result);
    }
}

二次增长

由于每次拼接都会复制之前的所有字符，因此在循环中使用 + 构建长字符串的扩展性很差（大致为 O(n²)）。这正是核心的性能问题。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String s = "";
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            s += "x";
        }
        System.out.println("Length: " + s.length());
    }
}

不可变值具有可预测性

将字符串传递给方法是安全的：方法无法修改您的副本。这里的方法构建了一个新字符串，而调用方的值保持不变。

public class Main {
    static void shout(String s) {
        s = s + "!!!";
        System.out.println("inside: " + s);
    }
    public static void main(String[] args) {
        String msg = "hello";
        shout(msg);
        System.out.println("outside: " + msg);
    }
}

解决方案预览

当您需要高效构建字符串时，Java 提供了StringBuilder这一可变的配套类。它会在原对象中修改内容，而不是每次都分配新对象。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            sb.append(i);
        }
        System.out.println(sb.toString());
    }
}

比较两种方式

对于少量拼接，+ 完全够用，而且可读性好。如果是在循环中进行大量拼接，请优先使用 StringBuilder。应根据需要构建的内容量来选择方式。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String simple = "a" + "b" + "c";
        StringBuilder sb = new StringBuilder("a");
        sb.append("b").append("c");
        System.out.println(simple);
        System.out.println(sb);
    }
}

快速检查

对一个字符串调用 s.toUpperCase() 时，实际会发生什么？

回顾

您已经了解了字符串为什么不可变：

String 的内容永远不会改变
方法会返回新字符串
不可变性带来了线程安全、池化和安全性
在循环中使用 + 拼接的扩展性很差
StringBuilder 是可变的解决方案

常见问题解答

「字符串为何不可变」课时是免费的吗？

是的 — 「字符串为何不可变」的完整文本可在网页上免费阅读。要进行交互式练习（内置代码编辑器和全天候 AI 导师）并解锁 Java Academy 课程的其余内容，请升级到 CoddyKit PRO。 Java Academy 课程共包含 4 节课。

「字符串为何不可变」这节课中我会学到什么？

理解字符串的不可变性你通过在浏览器中直接运行的动手代码来练习 Java Academy，全天候 AI 导师会在你学习这节课的过程中回答你的问题。

学习 Java Academy 需要有经验吗？

无需任何先前经验。CoddyKit 上的 Java Academy 课程适合初学者到高级学习者，你可以从这里开始或从头开始，按照自己的节奏学习。这是第 1 节课，共 4 节。

「字符串为何不可变」课时需要多长时间？

大多数 CoddyKit 课程大约需要 5–10 分钟。每节课都很精短且互动，所以你能稳步进步，并在网页和应用中从离开的地方继续。

我能在这节 Java Academy 课中编写并运行代码吗？

能。每节 Java Academy 课都包含内置代码编辑器，你可以在浏览器中直接编写并运行真实代码，并获得即时 AI 反馈 — 无需本地设置。

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