洞察 String字符串

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发布时间：2020-12-28 17:27:03

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java基础教程栏目介绍洞察 string字符串

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实现原理

在 Java6 以及之前的版本中，String 对象是对 char 数组进行了封装实现的对象，主要有四个成员变量：char 数组、偏移量 offset、字符数量 count、哈希值 hash。

从 Java7 版本开始到 Java8 版本，String 类中不再有 offset 和 count 两个变量了。这样的好处是 String 对象占用的内存稍微少了些。

从 Java9 版本开始，将 char[]字段改为了 byte[]字段，又维护了一个新的属性 coder，它是一个编码格式的标识。

一个 char 字符占 16 位，2 个字节。这个情况下，存储单字节编码内的字符（占一个字节的字符）就显得非常浪费。JDK1.9 的 String 类为了节约内存空间，于是使用了占 8 位，1 个字节的 byte 数组来存放字符串。

而新属性 coder 的作用是，在计算字符串长度或者使用 indexOf（）函数时，我们需要根据这个字段，判断如何计算字符串长度。coder 属性默认有 0 和 1 两个值，0 代表 Latin-1（单字节编码），1 代表 UTF-16。如果 String 判断字符串只包含了 Latin-1，则 coder 属性值为 0，反之则为 1。

不可变

查看String类的代码可以发现，String类被final关键字修饰，因此这个类不能被继承，并且String类里面的变量char 数组也被 final 修饰了，因此String对象不能被修改。

String对象不可变主要有如下几个优点：

第一，保证 String 对象的安全性。假设 String 对象是可变的，那么 String 对象将可能被恶意修改。

第二，保证 hash 属性值不会频繁变更，确保了唯一性，使得类似 HashMap 容器才能实现相应的 key-value 缓存功能。

第三，可以实现字符串常量池。

在 Java 中，通常有两种创建字符串对象的方式:

第一种是通过字符串常量的方式创建，如String str = "abc"。

第二种是字符串变量通过new 形式的创建，如 String str = new String("abc")。

当代码中使用第一种方式创建字符串对象时，在编译类文件时，”abc”常量字符串将会放入到常量结构中，在类加载时，“abc”将会在常量池中创建；然后，str将引用常量池中的字符串对象。这种方式可以减少同一个值的字符串对象的重复创建，节约内存。

String str = new String("abc") 这种方式，首先在编译类文件时，”abc”常量字符串将会放入到常量结构中，在类加载时，“abc”将会在常量池中创建；其次，在调用new时，JVM 命令将会调用 String 的构造函数，String 对象中的 char 数组将会引用常量池中”abc”字符串的char 数组，在堆内存中创建一个 String 对象；最后，str 将引用 String 对象，String对象的引用跟常量池中”abc”字符串的引用是不一样的。

对象与引用：对象的内容存储在内存中，操作系统通过内存地址来找到存储的内容，引用就是指内存的地址。

比如：String str = new String("abc")，变量str指向的是String对象的存储地址，也就是说 str 并不是对象，而只是一个对象引用。

字符串拼接

常量相加

String str = "ab" + "cd" + "ef";

查看编译后的字节码

0 ldc #2 <abcdef>2 astore_13 return

可以发现编译器将代码优化成如下所示

String str= "abcdef";

变量相加

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String a = "ab";String b = "cd";String c = a + b;

查看编译后的字节码

 0 ldc #2 <ab>
 2 astore_1 3 ldc #3 <cd>
 5 astore_2 6 new #4 <java/lang/StringBuilder>
 9 dup10 invokespecial #5 <java/lang/StringBuilder.<init>>13 aload_114 invokevirtual #6 <java/lang/StringBuilder.append>17 aload_218 invokevirtual #6 <java/lang/StringBuilder.append>21 invokevirtual #7 <java/lang/StringBuilder.toString>24 astore_325 return

可以发现，Java在进行字符串相加的时候，底层使用的是StringBuilder，代码被优化成如下所示：

String c = new StringBuilder().append("ab").append("cd").toString();

String.intern

String a = new String("abc").intern();String b = new String("abc").intern();System.out.print(a == b);

输出结果：

true

在字符串常量中，默认会将对象放入常量池。例如：String a = "123"

在字符串变量中，对象是会创建在堆内存中，同时也会在常量池中创建一个字符串对象，String 对象中的 char 数组将会引用常量池中的 char 数组，并返回堆内存对象引用。例如：String b = new String("abc")

如果调用 intern 方法，会去查看字符串常量池中是否有等于该对象的字符串的引用，如果没有，在 JDK1.6 版本中会复制堆中的字符串到常量池中，并返回该字符串引用，堆内存中原有的字符串由于没有引用指向它，将会通过垃圾回收器回收。

在 JDK1.7 版本以后，由于常量池已经合并到了堆中，所以不会再复制具体字符串了，只是会把首次遇到的字符串的引用添加到常量池中；如果有，就返回常量池中的字符串引用。

下面开始分析上面的代码块：

在一开始字符串”abc”会在加载类时，在常量池中创建一个字符串对象。

创建 a 变量时，调用 new Sting() 会在堆内存中创建一个 String 对象，String 对象中的 char 数组将会引用常量池中字符串。在调用 intern 方法之后，会去常量池中查找是否有等于该字符串对象的引用，有就返回常量池中的字符串引用。

创建 b 变量时，调用 new Sting() 会在堆内存中创建一个 String 对象，String 对象中的 char 数组将会引用常量池中字符串。在调用 intern 方法之后，会去常量池中查找是否有等于该字符串对象的引用，有就返回常量池中的字符串引用。

而在堆内存中的两个String对象，由于没有引用指向它，将会被垃圾回收。所以 a 和 b 引用的是同一个对象。

如果在运行时，创建字符串对象，将会直接在堆内存中创建，不会在常量池中创建。所以动态创建的字符串对象，调用 intern 方法，在 JDK1.6 版本中会去常量池中创建运行时常量以及返回字符串引用，在 JDK1.7 版本之后，会将堆中的字符串常量的引用放入到常量池中，当其它堆中的字符串对象通过 intern 方法获取字符串对象引用时，则会去常量池中判断是否有相同值的字符串的引用，此时有，则返回该常量池中字符串引用，跟之前的字符串指向同一地址的字符串对象。

以一张图来总结 String 字符串的创建分配内存地址情况：

使用 intern 方法需要注意的一点是，一定要结合实际场景。因为常量池的实现是类似于一个 HashTable 的实现方式，HashTable 存储的数据越大，遍历的时间复杂度就会增加。如果数据过大，会增加整个字符串常量池的负担。

判断字符串是否相等

// 运行环境 JDK1.8String str1 = "abc";String str2 = new String("abc");String str3= str2.intern();System.out.println(str1==str2); // falseSystem.out.println(str2==str3); // falseSystem.out.println(str1==str3); // true

// 运行环境 JDK1.8String s1 = new String("1") + new String("1");s1.intern();String s2 = "11";System.out.println(s1 == s2); // true , 如果不执行1.intern()，则返回false

String s1 = new String("1") + new String("1")会在堆中组合一个新的字符串对象"11"，在s1.intern()之后，由于常量池中没有该字符串的引用，所以常量池中生成一个堆中字符串"11"的引用，此时String s2 = "11"返回的是堆字符串"11"的引用，所以s1==s2。

在JDK1.7版本以及之后的版本运行以下代码，你会发现结果为true，在JDK1.6版本运行的结果却为false：

String s1 = new String("1") + new String("1");System.out.println( s1.intern()==s1);

StringBuilder与StringBuffer

由于String的值是不可变的，这就导致每次对String的操作都会生成新的String对象，这样不仅效率低下，而且大量浪费有限的内存空间。

和 String 类不同的是，StringBuffer 和 StringBuilder 类的对象能够被多次的修改，并且不产生新的对象。

StringBuilder 类在 Java 5 中被提出，它和 StringBuffer 之间的最大不同在于 StringBuilder 的方法不是线程安全的（不能同步访问）。

由于 StringBuilder 相较于 StringBuffer 有速度优势，所以多数情况下建议使用 StringBuilder 类。然而在应用程序要求线程安全的情况下，则必须使用 StringBuffer 类。

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