String类型为什么不可变

在大多数编程语言（如 Java、Python、C# 等）中，String 类型被设计为不可变（Immutable），这意味着一旦一个字符串对象被创建，它的值就不能被修改。以下是这一设计的原因及具体表现：

一、不可变性的表现

直接修改字符串会创建新对象

String str = "Hello";
str = str + " World";  // 实际是创建了一个新字符串对象，而非修改原对象

原字符串 “Hello” 未被修改，而是生成了新对象 “Hello World”，变量 str 指向了新对象。
底层存储不可变
例如在 Java 中，String 内部用 final char[] 存储字符数据：

public final class String implements Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    private final char value[];  // 不可变的字符数组
    // ...
}

二、为什么设计为不可变？

1. 安全性

防止意外修改：字符串常用于 URL、文件路径、密码等场景，不可变性保证这些敏感数据不会被篡改。
线程安全：不可变对象天然线程安全，无需同步锁。
2. 性能优化

字符串常量池（String Pool）
不可变性允许复用相同字符串，减少内存开销：

String s1 = "Java";      // 放入常量池
String s2 = "Java";      // 直接复用常量池中的"Java"
String s3 = new String("Java");  // 强制创建新对象（不推荐）

哈希值缓存
String 的 hashCode() 在第一次计算后会被缓存（因其值不变），适合作为 HashMap 的键。
3. 设计一致性

作为不可变对象，String 的行为可预测，例如作为参数传递时无需担心副作用（Side Effect）。
三、不可变性的代价

1. 频繁修改时的性能问题

若需要多次拼接字符串，会生成大量中间对象，导致内存浪费：

String result = "";
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    result += i;  // 每次循环生成新对象
}

优化方案：使用 StringBuilder（线程不安全）或 StringBuffer（线程安全）。

2. 存储空间占用

若需要修改字符串中的某个字符，必须创建新对象。

四、对比可变字符串类型

某些语言提供了可变字符串类型（如 Java 的 StringBuilder、Python 的 bytearray）：

StringBuilder sb = new StringBuilder("Hello");
sb.append(" World");  // 直接修改原对象，不创建新对象
String result = sb.toString();  // 转为 String

五、总结

String 不可变的核心原因：安全性、性能优化（常量池、哈希缓存）、设计一致性。
何时使用不可变字符串：需要线程安全、数据稳定性的场景。
何时使用可变字符串：频繁修改字符串内容的场景（如循环拼接）。