您现在的位置：程式碼之家 >> 編程語言 > >> Java 程式設計 >> Java 綜合教學

Java String 不可變性原理與 replace 陷阱

編輯：Java 綜合教學

核心結論

String 對象一旦創建，內容永不可變。所有「修改」操作（replace、substring、concat、toUpperCase 等）都會返回新 String 對象，原對象不變。

代碼驗證

String str3 = "LOVO JAVA";
str3.replaceAll("JAVA", "J2EE");           // 返回新對象，未賦值則丟棄
System.out.println(str3);  // 輸出：LOVO JAVA  (原對象未變)

String str4 = str3.replaceAll("JAVA", "J2EE");
System.out.println(str4);  // 輸出：LOVO J2EE  (新對象)

內存圖解

String s1 = "abc";
String s2 = s1.replace('a', 'x');

Heap:
┌─────────────┐     ┌─────────────┐
│ "abc"  ← s1 │     │ "xbc"  ← s2 │
└─────────────┘     └─────────────┘
  原對象不變          新對象

源碼級證據 (JDK 17)

public String replace(char oldChar, char newChar) {
    if (oldChar == newChar) return this;  // 無實際變化返回自身
    char[] val = value.clone();           // 複製底層 char[]/byte[]
    for (int i = 0; i < val.length; i++) {
        if (val[i] == oldChar) val[i] = newChar;
    }
    return new String(val);               // 封裝新數組返回新 String
}

性能陷阱：字串拼接循環

// ❌ 違反：每次循環創建新 StringBuilder + 新 String，O(n²)
String s = "";
for (int i = 0; i < 10000; i++) s += "a";  

// ✅ 正確：單一 StringBuilder，O(n)
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < 10000; i++) sb.append("a");
String s = sb.toString();

// Java 9+ 編譯器優化：+ 會自動轉為 StringBuilder，但顯式更可控

不可變性帶來的優勢

線程安全：無狀態，天然可共享
字串常量池：相同字面量複用，節省內存
HashCode 緩存：hash 欄位懶加載，Map/Set 鍵高效
安全性：網絡路徑、SQL 參數、文件路徑不可被篡改

面試高頻題

String s = "a" + "b"; 創建幾個對象？
→ 1 個，編譯期常量折疊為 "ab"
String s = new String("a") + new String("b"); 創建幾個對象？
→ 3-4 個：兩個 new String、一個 StringBuilder、一個結果 String（+ 常量池 "a","b"）
為什麼 String 設計為 final？
→ 防止繼承破壞不可變性契約，保證安全性與優化