Java中为什么String是不可变的，StringBuilder有什么用？

Question

Accepted Answer

在Java中，**String对象是不可变的** — 一旦创建，其内容永远无法改变。任何看起来修改String的操作实际上都会创建一个**新的**String。为了高效地重复修改，你使用**StringBuilder**。

## String是不可变的

```java
String s = "Hello";
s.concat(" World");   // returns a NEW string; `s` is unchanged
System.out.println(s); // "Hello" — the original is untouched

s = s + " World";      // creates a NEW string and rebinds s; old "Hello" is discarded
```

`concat`、`toUpperCase`、`replace`和`substring`等方法都返回**新的**String对象 — 原始String永远不会被修改。

## 为什么不可变？优势

```text
✓ Thread safety   — immutable objects are safe to share across threads (no locking)
✓ String pool     — identical string literals can be SHARED/reused (memory savings)
✓ Hashing/keys    — safe as HashMap keys (hashCode can be cached, never changes)
✓ Security        — strings used for filenames, URLs, credentials can't be altered
                    after a security check
```

不可变性使String本质上是线程安全的，允许JVM通过字符串池**内化**（共享）字面量，并使它们作为map键时是可靠的（其哈希值永远不会改变）。

## 性能问题：循环中的字符串连接

```java
// ❌ creates a NEW string object on EVERY iteration — O(n²), wasteful
String result = "";
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
    result += i;   // each += allocates a whole new string
}
```

因为每个`+=`都会创建一个新String（复制所有之前的内容），在循环中构建字符串是二次方的，会产生大量垃圾。

## StringBuilder — 高效的可变字符串

```java
// ✅ StringBuilder mutates an internal buffer — O(n), efficient
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
    sb.append(i);   // modifies the buffer in place, no new objects
}
String result = sb.toString();   // convert to a String once, at the end
```

`StringBuilder`是一个可变的字符序列 — `append`/`insert`/`delete`修改其内部缓冲区而不创建新对象，使基于循环的构建变得高效。（`StringBuffer`是线程安全但速度较慢的变体。）

## 为什么这很重要

String不可变性是Java的一个定义性特征，具有重要的后果：它提供线程安全，启用节省内存的字符串池，并使String在map键和安全上下文中是安全的 — 但这也意味着在循环中进行天真的字符串连接是真正的**性能陷阱**（O(n²)，产生过多垃圾）。

知道在重复修改时使用**StringBuilder**是一种实际需要，直接来自对不可变性的理解。

这个结合 — *为什么*String是不可变的（安全、共享、哈希）和*何时*切换到StringBuilder（循环连接）— 既是常见的面试话题，也是频繁的现实世界性能优化。