String补习笔记
作为一名Java程序员，String是我们使用频率非常高的一种对象类型，虽然常用，但是了解只是皮毛，于是补习一下
先来看一下String的源码，再汇总一些关于String的典型问题
String的存储结构和一些常用方法
以主流的JDK 1.8为例
String的内部实际存储结构为 char 数组，用final修饰，源码如下
public final class String
implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
// 用于存储字符串的值
private final char value[];
// 用于缓存字符串的hash code
private int hash; // Default to 0
...
}
1.构造方法
String有很多构造方法，其中列举4个重要的构造方法
(1).以String为参数的构造方法
public String(String original) {
this.value = original.value;
this.hash = original.hash;
}
(2).以char []为参数的构造方法
public String(char value[]) {
this.value = Arrays.copyOf(value, value.length);
}
(3).以StringBuffer为参数的构造方法
public String(StringBuffer buffer) {
synchronized(buffer) {
this.value = Arrays.copyOf(buffer.getValue(), buffer.length());
}
}
(4).以StringBuilder为参数的构造方法
public String(StringBuilder builder) {
this.value = Arrays.copyOf(builder.getValue(), builder.length());
}
其中，比较容易被忽略的是以 StringBuffer 和 StringBuilder 为参数的构造函数
2. equals() 方法
看源码之前，先来补习一下equals() 方法 与 ‘==’ 的区别
java中的数据类型，可分为两类：
（1）基本数据类型，也称原始数据类型，byte，short，char，int，long，float，double，boolean
基本数据类型比较， == 和 equals() 两者都是比较值
（2）复合数据类型（引用数据类型）
复合数据类型使用 == 进行比较的时候，比较的是他们在内存中的存放地址是否相同
JAVA当中所有的类都是继承于Object这个基类的，在Object中的基类中定义了一个 equals() 的方法，这个方法的初始行为是比较对象的内存地址，对于复合数据类型之间进行 equals() 比较，在没有覆写 equals() 方法的情况下，他们之间的比较还是基于他们在内存中的存放位置的地址值的
但在一些类库当中这个方法被覆盖掉了，如String，Integer，Date，在这些类当中equals() 有其自身的实现，而不再是比较类在堆内存中的存放地址了
所以，在String中，equals() 方法是比较对象的内容相等，即比较两个字符串是否相等
源码如下
public boolean equals(Object anObject) {
// 如果对象引用相同，则直接返回true
if (this == anObject) {
return true;
}
// 判断是否为String类型，如果不是返回false
if (anObject instanceof String) {
String anotherString = (String)anObject;
int n = value.length;
if (n == anotherString.value.length) {
// 把两个String转换为char数组对比
char v1[] = value;
char v2[] = anotherString.value;
int i = 0;
// 循环对比两个字符串中的每一个字符
while (n-- != 0) {
// 如果其中有字符不相等，就返回false
if (v1[i] != v2[i])
return false;
i++;
}
return true;
}
}
return false;
}
3.compareTo() 方法
compareTo用于比较两个字符串，返回值为 int 类型
源码如下：
public int compareTo(String anotherString) {
int len1 = value.length;
int len2 = anotherString.value.length;
// 获取到两个字符串长度最短的那个字符长度
int lim = Math.min(len1, len2);
char v1[] = value;
char v2[] = anotherString.value;
int k = 0;
// 对比每一个字符
while (k < lim) {
char c1 = v1[k];
char c2 = v2[k];
// 有字符不相等就返回差值
if (c1 != c2) {
return c1 - c2;
}
k++;
}
return len1 - len2;
}
还有一个和compareTo() 比较类似的方法compareToIgnoreCase()，用于忽略大小写后比较两个字符串
可以看出compareTo() 方法和equals() 方法都是用于比较两个字符串，但是他们有两点不同
（1）equals() 可以接收一个 Object 类型的参数，而 compareTo() 只能接收一个 String 类型的参数
（2）equals() 返回值为 Boolean，而 compareTo() 的返回值则为 int
它们都可以用于两个字符串的比较，当 equals() 方法返回 true 时，或者是 compareTo() 方法返回 0 时，则表示两个字符串完全相同
4.其他方法
一些其他常用的方法
indexOf()：查询字符串首次出现的下标位置
lastIndexOf()：查询字符串最后出现的下标位置
contains()：查询字符串中是否包含另一个字符串
toUpperCase()：把字符串全部转换成大写
length()：查询字符串的长度
trim()：去掉字符串首尾空格
replace()：替换字符串中的某些字符
split()：把字符串分割并返回字符串数组
join()：把字符串数组转为字符串
String 如果再延伸一下，还会涉及到一些更多的知识细节
列举了一些常见的延伸问题：
1.创建String时，直接赋值和new有什么区别？
2.为什么 String 类型要用 final 修饰？
3.String 和 StringBuilder、StringBuffer 有什么区别？
4.String == 和 equal() 的区别是什么？（上文已提到）
5.String 的 intern() 方法有什么含义？
下面分别回答每个问题
1.创建String时，直接赋值和new有什么区别？
我们在日常创建Java对象时，一般用两种方式
- 采用字面值的方式赋值
- 采用new关键字新建一个字符串对象
这两种方式在性能和内存占用方面存在着差别
JVM为了提升性能和减少内存开销，其维护了一块特殊的内存空间，即字符串池，字符串池的作用：避免字符串的重复创建，节省了内存同时，还省去了创建相同字符串的时间，提高了效率
JDK 1.6字符串池位于方法区，JDK 1.7以后位于堆
字面量方式赋值
采用字面值方式创建如下
String str1 = "java";
采用字面值的方式创建一个字符串时，JVM首先在字符串池中查找是否存在 “java” 这个字符串对象
- 如果不存在，则在字符串池中创建 “java” 这个字符串对象，然后将池中 “java” 这个字符串对象的引用地址返回给字符串常量str1，这样str1会指向池中 “java” 这个字符串对象
- 如果存在，则不创建任何对象，直接将字符串池中 “java” 这个字符串对象的引用地址返回，赋给字符串常量
我们再创建一个str2，用 == 判断他们的引用地址是否相同
String str1 = "java"; String str2 = "java"; System.out.println(str1 == str2);
输出结果：true
这是因为，创建字符串对象str2时，字符串池中已经存在 “java” 这个对象，直接把对象 “java” 的引用地址返回给str2，这样str2指向了池中 “java” 这个对象，也就是说str1和str2指向了同一个对象
new关键字方式创建
下面使用new关键字方式来创建，如下所示
String str1 = new String("java");
采用new关键字创建一个字符串对象时，JVM首先在字符串池中查找是否存在 “java” 这个字符串对象
- 如果不存在，则首先在字符串池中创建一个 “java” 字符串对象，然后再在堆中创建一个 “java” 字符串对象，然后将堆中这个 “java” 字符串对象的地址返回赋给str1引用，这样，str1指向了堆中创建的这个 “java” 字符串对象
- 如果存在，则不在字符串池中再去创建 “java” 这个对象了，直接在堆中创建一个 “java” 字符串对象，然后将堆中的这个 “java” 对象的地址返回赋给引用str1，这样，str1就指向了堆中创建的这个 “java” 字符串对象
我们再创建一个str2，用 == 判断他们的引用地址是否相同
String str2 = new String("java");
System.out.println(str1 == str2);
输出结果：false
这是因为，采用new关键字创建对象时，每次new出来的都是一个新的对象，即在堆上会开辟一块新的空间，也即是说引用str1和str2指向的 “java” 是两个不同的对象
所以，建议在平时的使用中，尽量使用字面量方式进行赋值，为了节省堆空间，同时字面量赋值方式双引号 “” 采用了String interning(字符串驻留)进行了优化，效率比构造方法高
2.为什么 String 类要用 final 修饰？
我们可以理解将String的immutable是一种设计，设计思想都会遵守一些既定的规则，这样才能体现一致性，所以String类需要final修饰
（1）安全 ：当你在调用其他方法时，比如调用一些系统级操作指令之前，可能会有一系列校验，如果是可变类的话，可能在你校验过后，它的内部的值又被改变了，这样有可能会引起严重的系统崩溃问题，这是迫使SString 类设计成不可变类的一个重要原因
（2）高效
（3）为了实现字符串池
将（2）（3）特点与上一个问题：“1.创建String时，直接赋值和new有什么区别？” 结合，我们在创建String时，只有字符串是不可变时，我们才能实现字符串常量池，如果字符串是可变的，那么一个引用操作改变了对象的值，对其他引用会有影响，这样显然是不合理的
String str1 = "java"; String str2 = "java";
再结合字符串池的特点，就能够理解了String这么设计的原因
3.String 和 StringBuilder、StringBuffer 有什么区别？
String : 不可变
StringBuffer ：可变 （线程安全），速度慢
StringBuilder ：可变 （线程不安全），速度快
共同点：类都用 final 进行修饰
因为String类型是不可变的，所以在字符串拼接的时候如果使用String的话性能会很低，因此我们就需要使用另一个数据类型StringBuffer，它提供了 append 和 insert 方法可用于字符串的拼接，它使用 synchronized 来保证线程安全
@Override
public synchronized StringBuffer append(Object obj) {
toStringCache = null;
super.append(String.valueOf(obj));
return this;
}
@Override
public synchronized StringBuffer append(String str) {
toStringCache = null;
super.append(str);
return this;
}
因为它使用了 synchronized 来保证线程安全，所以性能不是很高，于是在 JDK 1.5 就有了 StringBuilder
它同样提供了 append 和 insert 的拼接方法，但它没有使用 synchronized 来修饰，因此在性能上要优于StringBuffer，所以在非并发操作的环境下可使用StringBuilder
@Override
public StringBuilder append(Object obj) {
return append(String.valueOf(obj));
}
@Override
public StringBuilder append(String str) {
super.append(str);
return this;
}
5.String 的 intern() 方法有什么含义？
intern() 是一个Native方法，底层调用C++的 StringTable::intern方法实现
intern() 方法在JDK 1.7版本 和 1.6 及之前的版本有差异，我们这里仅关注JDK 1.7 以后的版本
intern() 方法的作用是：
如果常量池存在该字面量的字符串，返回这个常量池的对象的引用
如常量池不存在字面量的对象，在常量池中记录首次出现的实例引用，调用intern()返回这个引用
举个例子
String str1 = new String("Java");
String str2 = str1.intern();
String str3 = "Java";
System.out.println(str1 == str2); // false
System.out.println(str2 == str3); // true
它们在JVM上的位置如下图所示
至此，关于String的相关知识整理完毕，我们下篇文章见~
