Java String 不可變性與參數傳遞機制：賦值陷阱深度解析

核心結論

String 不可變：一旦創建，內容不可更改。所有「修改」操作實際返回新對象。
Java 傳值調用：基本類型傳值，引用類型傳引用的值（即地址副本）。方法內修改引用指向不影響外部原引用。

案例一：引用重新賦值

public class Example {
    String str = new String("good");
    char[] ch = { 'a', 'b', 'c' };

    public static void main(String[] args) {
        Example ex = new Example();
        ex.change(ex.str, ex.ch);
        System.out.println(ex.str); // good
        System.out.println(ex.ch);  // gbc
    }

    public void change(String str, char[] ch) {
        str = "test ok";      // 參數 str 指向新對象，外部 ex.str 不變
        ch[0] = 'g';          // 參數 ch 指向同一數組，修改內容影響外部
    }
}

內存圖解

• 調用前：ex.str → "good" (0x100)；ex.ch → ['a','b','c'] (0x200)
• 進入方法：str (參數) → 0x100；ch (參數) → 0x200
• str = "test ok"：參數 str → "test ok" (0x300)，ex.str 仍指向 0x100
• ch[0] = 'g'：修改 0x200 處數組內容為 ['g','b','c']，外部可見

案例二：調用不可變方法 & 參數重新賦值

public void change(String str, char[] ch) {
    str = str.toUpperCase();  // 返回新字符串 "GOOD"，參數 str 指向新對象
    ch = new char[]{ 'm', 'n' }; // 參數 ch 指向新數組，外部 ex.ch 不變
}
// 結果：ex.str="good", ex.ch=['a','b','c']

關鍵點

• toUpperCase() 不修改原對象，返回新對象
• ch = new ... 只改變參數局部引用，斷開與外部數組的關聯

底層原理

String 實現

public final class String {
    private final char value[]; // final 數組引用
    private int hash; // 緩存 hashCode
    // 所有構造器最終複製字符數組
    // 所有「修改」方法返回 new String(newValue)
}

字符串常量池

• String s = "abc"：編譯期確定，進常量池，相同字面量共享對象
• String s = new String("abc")：運行期在堆創建新對象，不進常量池（除非調用 intern()）
• String.intern()：若常量池已有相同內容返回池中引用，否則放入池並返回

最佳實踐

1. 拼接用 StringBuilder：循環拼接避免產生大量中間 String 對象
2. 比較用 equals()：== 比較引用，equals() 比較內容
3. 參數傳遞認知：方法無法修改調用者的引用指向，只能修改引用指向的對象內容（若對象可變）
4. 防禦性複製：可變對象作為參數/返回值時，考慮複製副本防止外部竄改

延伸閱讀

三分鐘理解 Java 中字符串（String）的存儲和賦值原理