Java 初學者必懂的三大核心觀念：引用變數、== vs equals、String 不變性

許多自以為「入門了」的開發者，在這三個基礎問題上仍會翻車。面試必考、實務常見 Bug 來源，徹底搞懂才能寫出正確、高效的 Java 代碼。

問題一：我到底宣告了什麼？

String s = "Hello world!";

錯誤認知：「宣告了一個內容為 Hello world 的 String 物件。」
正確認知： 宣告了一個引用變數 s，型別為 String，目前指向常量池中的 "Hello world!" 物件。

關鍵區別

• String s：引用變數（棧上），佔 4/8 bytes，存放記憶體地址。
• "Hello world!"：String 物件（堆/常量池），內容不可變。
• String s2 = s;：複製的是引用值（地址），兩個變數指向同一個物件，堆上不會產生新物件。

記憶體圖解

Stack:                    Heap / String Pool:
+-----+                   +------------------+
|  s  | ────────────────► | "Hello world!"   |  ← 同一物件
+-----+                   +------------------+
+-----+
| s2  | ────────────────►
+-----+

問題二：== vs equals 根本差異

== 比較的是「引用值（記憶體地址）」

int a = 10, b = 10;
a == b  // true：基本型別比較值

String a = new String("foo");
String b = new String("foo");
a == b  // false：兩個 new 產生兩個不同物件，地址不同

equals 比較的是「物件邏輯內容」

// Object 預設實現
public boolean equals(Object o) {
    return this == o;  // 同樣比較地址！
}

結論： 若類別未覆寫 equals()，呼叫 equals() 效果等同 ==。

String 覆寫了 equals

String a = new String("foo");
String b = new String("foo");
a.equals(b)  // true：比較字元序列內容

自定義類別必須覆寫 equals + hashCode

class Monster {
    private String content;
    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (!(o instanceof Monster)) return false;
        Monster m = (Monster) o;
        return Objects.equals(content, m.content);
    }
    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(content);
    }
}

鐵律： 覆寫 equals 必須覆寫 hashCode，否則無法用於 HashSet/HashMap/HashTable。

問題三：String 到底變了沒有？

String s = "Hello";
s = s + " world!";

答案：原物件沒變，s 指向新物件。

過程拆解

1. s 指向常量池 "Hello"。
2. s + " world!" 編譯器優化為 new StringBuilder().append("Hello").append(" world!").toString()，產生新 String 物件 "Hello world!"。
3. s 重新指向新物件，舊 "Hello" 仍在常量池（若無其他引用最終被 GC）。

效能陷阱與解法

String 不可變的設計考量

• 執行緒安全：不可變物件天然可共享，無同步開銷。
• 常量池複用：相同字面量只存一份，節省記憶體。
• 安全性：網路/檔案路徑、類別載入鍵值不可被竄改。
• 代價：每次修改需新物件，大量拼接效能差 → 提供 StringBuilder (非同步) / StringBuffer (同步) 互補。

總結速記卡

自我檢測

1. String a = "x"; String b = "x"; a == b ? → true (常量池複用)
2. String a = new String("x"); String b = new String("x"); a == b ? → false
3. String a = "x"; a += "y"; 原 "x" 物件會被修改嗎？ → 不會
4. 自定類別未覆寫 equals，放入 HashSet 會怎樣？ → 以地址判斷相等，邏輯相同內容會被視為不同元素

全對才算真正搞懂 Java 基礎三大觀念！