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什么是Java中的字符串不可变性_深入源码看char[]与byte[]的封装

P粉602998670

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发布时间:2026-02-12 17:51:32

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来源于php中文网

原创

jdk 9+ 中 string 的 value 字段改为 byte[] + coder 以节省内存,latin-1 编码占 1 字节,utf16 占 2 字节;反射修改失效、substring 不再共享数组、intern() 控制常量池引用,不可变性源于封装而非仅 final 修饰。

什么是java中的字符串不可变性_深入源码看char[]与byte[]的封装

String 的 value 字段在 JDK 9+ 已不是 char[]

JDK 9 起,String 内部存储从 char[] value 改为 byte[] value + byte coder,这是为了节省内存(Latin-1 字符只占 1 字节)。如果你在源码里找 char[],会发现它已不存在——除非你用的是 JDK 8 或更早版本。

常见错误现象:String 反射修改 value 在 JDK 9+ 失效,甚至抛 NoSuchFieldException;或修改后字符串内容没变,是因为 coder 解码逻辑绕过了你的字节篡改。

  • 使用场景:调试、安全审计、或老项目迁移时误以为 value 还是 char[]
  • 参数差异:coder == 0 表示 LATIN1 编码(byte[] 每字节存一个字符),coder == 1 表示 UTF16(此时 byte[] 实际是两字节一组)
  • 性能影响:对纯 ASCII 字符串,内存占用直接减半;但频繁调用 String.toLowerCase() 等方法时,可能触发隐式解码/编码开销

不可变性 ≠ 字段 final,而是靠封装和无对外引用保证

Stringvalue 字段确实是 final,但这只是表象。真正让字符串“不可变”的,是它从不对外暴露可修改的引用,且所有构造、截取、拼接操作都返回新对象。

常见错误现象:有人用反射把 value 设为非 final 并修改内容,结果发现 "abc".hashCode() 还是旧值——因为 hash 字段也是 final 且缓存在首次调用时,不会重算。

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  • 使用场景:写工具类试图“复用”字符串底层数组(比如解析大日志时避免反复 new String)
  • 容易踩的坑:String(byte[]) 构造函数会拷贝数组,但 String(byte[], int, int) 在 JDK 7u6 之后也拷贝了;想绕过拷贝只能用 UnsafeString(byte[], int, int, Charset) 配合自定义 Charset(不推荐)
  • 兼容性影响:JDK 7u6 是分水岭,之前部分构造函数共享底层数组,现在全拷贝,安全性提升但内存略增

substring() 在 JDK 7u6 后不再共享底层数组

老书里常说 substring() “可能导致内存泄漏”,那是指 JDK 6 及之前——它返回的新 String 直接引用原 value 数组,哪怕只取一个字符,整个大数组也 GC 不掉。JDK 7u6 起,substring() 总是新建 byte[](或 char[]),彻底切断引用。

常见错误现象:升级 JDK 后堆内存占用反而上升,尤其处理大量短子串时;或者依赖旧版“共享数组”做零拷贝切片的代码行为突变。

  • 使用场景:日志行解析、协议报文拆包、CSV 字段提取
  • 性能影响:小字符串切片变慢(多了数组拷贝),但大字符串切片更安全;可用 CharBuffer.wrap(array, start, len) 替代,它真共享且可读写
  • 注意:String.substring(int)String.substring(int, int) 行为一致,都拷贝,别指望后者更“轻量”

intern() 不是“让字符串可变”,而是控制字符串常量池引用

String.intern() 的作用,是把字符串实例注册到 JVM 运行时常量池,并返回池中已有或新加入的引用。它不改变原字符串内容,也不让字符串变得“可变”——只是多了一条指向它的路径。

常见错误现象:调用 new String("abc").intern() 后以为原对象被替换了;或在 CMS GC 下频繁调用 intern() 导致常量池撑爆,抛 OutOfMemoryError: Metaspace

  • 使用场景:去重大量重复字符串(如 JSON key、数据库字段名)、减少内存碎片
  • 参数差异:JDK 7+ 常量池移到堆内存,-XX:MaxMetaspaceSize 不再限制它;但 -XX:StringTableSize 影响哈希桶数量,默认 60013,冲突多时需调大
  • 容易忽略的点:intern() 是本地方法,有锁,高并发下调用会成为瓶颈;建议批量预热或用 ConcurrentHashMap<string string></string> 模拟

真正难的不是看懂 valuebyte[] 还是 char[],而是理解“不可变”是设计契约,不是语言特性——只要你不通过反射、Unsafe 或 JNI 打破封装,JVM 就能放心做优化,比如字符串压缩、编译期折叠、甚至栈上分配。

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