深入理解String类

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String类

在Java中String类的使用的频率可谓相当高。它是Java语言中的核心类，在java.lang包下，主要用于字符串的比较、查找、拼接等等操作。如果要深入理解一个类，最好的方法就是看看源码：

public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    /** The value is used for character storage. */
    private final char value[];

    /** Cache the hash code for the string */
    private int hash; // Default to 0
    
    //...
}

从源码中，可以看出以下几点：

• String类被final关键字修饰，表示String类不能被继承，并且它的成员方法都默认为final方法。
• String类实现了Serializable、CharSequence、 Comparable接口。
• String类的值是通过char数组存储的，并且char数组被private和final修饰，字符串一旦创建就不能再修改。

下面通过几个问题不断加深对String类的理解。

问题一

上面说字符串一旦创建就不能再修改，String类提供的replace()方法不就可以替换修改字符串的内容吗？

实际上replace()方法并没有对原字符串进行修改，而是创建了一个新的字符串返回，看看源码就知道了。

public String replace(char oldChar, char newChar) {
    if (oldChar != newChar) {
        int len = value.length;
        int i = -1;
        char[] val = value; /* avoid getfield opcode */
        while (++i < len) {
            if (val[i] == oldChar) {
                break;
            }
        }
        if (i < len) {
            char buf[] = new char[len];
            for (int j = 0; j < i; j++) {
                buf[j] = val[j];
            }
            while (i < len) {
                char c = val[i];
                buf[i] = (c == oldChar) ? newChar : c;
                i++;
            }
            //创建一个新的字符串返回
            return new String(buf, true);
        }
    }
    return this;
}

其他方法也是一样，无论是sub、concat还是replace操作都不是在原有的字符串上进行的，而是重新生成了一个新的字符串对象。

问题二

为什么要使用final关键字修饰String类？

首先要讲final修饰类的作用，被final修饰的类不能被继承，类中的所有成员方法都会被隐式地指定为final方法。也就是不能拥有子类，成员方法也不能被重写。

回到问题，String类被final修饰主要基于安全性和效率两点考虑。

• 安全性

因为字符串是不可变的，所以是多线程安全的，同一个字符串实例可以被多个线程共享。这样便不用因为线程安全问题而使用同步。字符串自己便是线程安全的。

String被许多的Java类(库)用来当做参数，比如网络连接地址URL，文件路径path，还有反射机制所需要的String参数等，假若String不是固定不变的，将会引起各种安全隐患。

• 效率

字符串不变性保证了hash码的唯一性，因此可以放心的进行缓存，这也是一种性能优化手段，意味着不必每次都取计算新的哈希码。

只有当字符串是不可变的，字符串池才有可能实现，字符串常量池是java堆内存中一个特殊的存储区域，当创建一个String对象，假如此字符串值已经存在于常量池中，则不会创建一个新的对象，而是引用已经存在的对象。

字符串常量池

字符串的分配和其他对象分配一样，是需要消耗高昂的时间和空间的，而且字符串我们使用的非常多。JVM为了提高性能和减少内存的开销，所以在实例化字符串的时候使用字符串常量池进行优化。

池化思想其实在Java中并不少见，字符串常量池也是类似的思想，当创建字符串时，JVM会首先检查字符串常量池，如果该字符串已经存在常量池中，那么就直接返回常量池中的实例引用。如果字符串不存在常量池中，就会实例化该字符串并且将其放到常量池中。

我们可以写个简单的例子证明：

public static void main(String[] args) throws Exception {
    String s1 = "abc";
    String s2 = "abc";
    System.out.println(s1 == s2);//true
}

还有一个面试中经常问的，new String(“abc”)创建了几个对象？

这可能就是想考你对字符串常量池的理解，我一般回答是一个或者两个对象。

如果之前"abc"字符串没有使用过，毫无疑问是创建两个对象，堆中创建了一个String对象，字符串常量池创建了一个，一共两个。

如果之前已经使用过了"abc"字符串，则不会再在字符串常量池创建对象，而是从字符串常量缓冲区中获取，只会在堆中创建一个String对象。

String s1 = "abc";
String s2 = new String("abc");
//s2这行代码，只会创建一个对象

字符串拼接

字符串的拼接在Java中是很常见的操作，但是拼接字符串并不是简简单单地使用"+"号即可，还有一些要注意的点，否则会造成效率低下。

比如下面这段代码：

public static void main(String[] args) throws Exception {
    String s = "";
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        s+=i;
    }
    System.out.println(s);//0123456789
}

在循环内使用+=拼接字符串会有什么问题呢？我们反编译一下看看就知道了。

其实反编译后，我们可以看到String类使用"+="拼接的底层其实是使用StringBuilder，先初始化一个StringBuilder对象，然后使用append()方法拼接，最后使用toString()方法得到结果。

问题在于如果在循环体内使用+=拼接，会创建很多临时的StringBuilder对象，拼接后再调用toString()赋给原String对象。这会生成大量临时对象，严重影响性能。

所以在循环体内进行字符串拼接时，建议使用StringBuilder或者StringBuffer类，例子如下：

public static void main(String[] args) throws Exception {
    StringBuilder s = new StringBuilder();
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        s.append(i);
    }
    System.out.println(s.toString());//0123456789
}

StringBuilder和StringBuffer的区别在于，StringBuffer的方法都被sync关键字修饰，所以是线程安全的，而StringBuilder则是线程不安全的(效率高)。

总结

回顾一下，本文介绍了String类的不可变的特点，还有字符串常量池的作用，最后简单地从JVM编译的层面对字符串拼接提出一点建议。所谓温故而知新，即使是一些很基础很常见的类，如果深入去探索的话，也会有一番收获。

这篇文章就讲到这里了，感谢大家的阅读，希望看完大家能有所收获！

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