圖解 Java String 不可變性：為什麼拼接會創建新對象？

圖解 Java String 不可變性

String 不可變是 Java 基礎中最高頻考點之一。本文通過三張內存圖解，直觀展示字符串賦值、引用傳遞、拼接操作的內存變化，並給出 StringBuilder 高效拼接最佳實踐。

一、聲明字符串字面量

String s = "abcd";

• 棧中變量 s 存儲引用，指向堆/常量池中的 "abcd" 對象。

二、引用賦值

String s2 = s;

• s2 複製引用值，雙雙指向同一 "abcd" 對象。
• 此時 s == s2 為 true。

三、字符串拼接

s = s.concat("ef");

• concat 內部創建 新 String 對象 "abcdef"。
• s 更新引用指向新對象，原 "abcd" 仍在常量池（若無其他引用則等待 GC）。
• 結論：所有 String 方法均不修改原對象，而是返回新對象。

四、性能陷阱與最佳實踐

循環拼接字符串會產生大量中間對象，觸發頻繁 GC：

// 反例：O(n²) 創建對象
String result = "";
for (String part : parts) result += part;

正確姿勢：使用 StringBuilder（單線程）或 StringBuffer（線程安全）：

public static String readFileToString() throws IOException {
    File file = new File("src/TestRead.java");
    StringBuilder sb = new StringBuilder(1000); // 預估容量避免擴容
    try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(file))) {
        char[] buf = new char[1024];
        int len;
        while ((len = br.read(buf)) != -1) {
            sb.append(buf, 0, len);
        }
    }
    return sb.toString();
}

• StringBuilder 內部維護可變 char[]，擴容策略為 2倍+2，append 為 O(1) 均攤。
• 預設初始容量 16，大文件建議預估大小構造，減少擴容拷貝。

五、總結

1. String 一旦創建不可變，所有「修改」操作實為創建新對象。
2. 字面量駐留常量池，new String() 強制堆分配。
3. 高頻拼接必須用 StringBuilder，避免 O(n²) 對象創建與 GC 壓力。