Java String 全面解析：對象特性、常量池機制、intern()原理與不可變性深度剖析

String 基礎特性

• 非基本類型，屬於引用類型，默認值 null
• new String()、new String("") 創建空串（length()==0），非 null
• final 類，不可繼承

字面量 vs new String：常量池機制

編譯期常量池

.class 文件中存儲字面量符號引用。JVM 類加載時將其載入運行時常量池（方法區/元空間）。

案例驗證

// 案例 1：純字面量
String s0 = "kvill";
String s1 = "kvill";
String s2 = "kv" + "ill";  // 編譯期常量折疊
System.out.println(s0 == s1); // true
System.out.println(s0 == s2); // true

// 案例 2：包含 new String
String s0 = "kvill";
String s1 = new String("kvill");
String s2 = "kv" + new String("ill");
System.out.println(s0 == s1); // false
System.out.println(s0 == s2); // false
System.out.println(s1 == s2); // false

結論：字面量及編譯期可確定的常量表達式指向常量池同一實例；new String() 強制在堆創建新對象。

intern() 方法：手動入池

String s0 = "kvill";
String s1 = new String("kvill");
String s2 = new String("kvill");

System.out.println(s0 == s1);           // false
s1.intern();                            // 返回常量池引用，但未賦值給 s1
System.out.println(s0 == s1);           // false
System.out.println(s0 == s1.intern());  // true
s2 = s2.intern();                       // 賦值：s2 指向常量池實例
System.out.println(s0 == s2);           // true

關鍵行為：

1. 常量池無該字符串 → 添加並返回引用
2. 常量池已存在 → 直接返回現有引用
3. 不會 將堆對象地址「註冊」到常量池，原堆對象依然存在

equals() vs ==

• ==：比較引用地址（是否同一對象）
• equals()：比較字符序列（Unicode 碼點）是否相同
• 常量池機制下，字面量 == 可用；運行時創建對象必須用 equals()

不可變性設計與性能影響

String str = "kv" + "ill" + " " + "ans";
// 等價於：
// String tmp1 = "kvill";
// String tmp2 = "kvill ";
// String tmp3 = "kvill ans";
// str = tmp3;
// 產生 3 個臨時字符串對象

原因：value[] 數組 final，長度固定，任何拼接、修改都需創建新數組、新對象。

StringBuilder/StringBuffer 替代方案

// 高效拼接
StringBuilder sb = new StringBuilder(64); // 預估容量避免擴容
sb.append("kv").append("ill").append(" ").append("ans");
String result = sb.toString();

最佳實踐總結

1. 字符串常量優先使用字面量，利用常量池複用
2. 頻繁拼接/修改使用 StringBuilder（單線程）或 StringBuffer（多線程共享）
3. 需比較內容時堅持 equals()，除非確定為常量池引用
4. 大量重複字符串可考慮 intern() 節省內存，但需權衡常量池擴容開銷（JDK 8+ 常量池在堆中，GC 可回收）
5. 避免在循環中使用 + 拼接，編譯器雖優化為 StringBuilder，但每次循環仍創建新實例