Java 記憶體模型深度解析：Stack vs Heap、String 常量池、包裝類別不可變性

Java 自動管理堆疊與堆，程式設計師無法直接控制，但理解其運作機制對寫出高效能、無 Bug 程式碼至關重要。本文從資料型別分佈、共享機制、String 特殊行為、包裝類別不可變性四大面向深入剖析。

Stack vs Heap 核心差異

兩大資料型別分類

1. 基本型別 (8 種)：int, short, long, byte, float, double, boolean, char — 無 String。以 int a = 3 形式定義，稱「自動變數」，儲存字面值而非物件參考。大小壽命已知 → 存 Stack。
2. 包裝類別：Integer, String, Double 等 — 以 new() 動態建立物件 → 存 Heap。

Stack 常量共享機制

int a = 3;
int b = 3;
// 編譯器：建立 a 參考 → 找不到 3 → 開闢位址存 3 → a 指向 3
// 處理 b：建立 b 參考 → 找到 3 → b 直接指向同一 3 位址
// 結果：a、b 共享同一字面值 3

關鍵差異：修改 a = 4 時，JVM 重新尋找/建立 4 位址，a 指向新位址，b 仍指向 3，**不會**像物件參考修改內部狀態那樣影響其他參考。

String 的特殊雙重身分

String 可用 new String("abc") (Heap) 或 String s = "abc" (Stack 常量池) 建立。

String s = "abc" 內部流程

1. 定義 String s 參考變數
2. Stack 常量池找 "abc"：無 → 開闢位址存 "abc"、建立 String 物件 o 指向該位址、記錄 o；有 → 找到 o 並回傳
3. s 指向物件 o

關鍵：此模式下 String 物件的 value 欄位儲存的是指向 Stack 常量池的參考，而非直接存字元陣列。

實證驗證：== vs equals()

包裝類別不可變性

所有包裝類別 (String, Integer, Double...) 內部值不可修改。修改變數值實為：JVM 建立新物件 → 變數指向新物件。頻繁修改字串請用 StringBuffer/StringBuilder。

四大結論與建議

1. 認清參考≠物件：String s="abc" 只確定建立參考，物件視上下文可能共用。除非用 new() 強制新建。
2. 優先用常量池寫法：s="abc" 讓 JVM 決定是否新建，符合享元模式，效能優於 new String("abc")。
3. 比較值用 equals()，比較同一物件用 ==。
4. 頻繁修改字串用 StringBuffer/StringBuilder，避免大量臨時物件拖垮 GC。