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Java基礎(chǔ)類學(xué)習(xí)之String詳解

更新時(shí)間：2022年12月27日 08:19:01 作者：拿了桔子跑-范德依彪

這篇文章主要為大家詳細(xì)介紹了Java基礎(chǔ)類中String的相關(guān)知識(shí)，文中的示例代碼講解詳細(xì)，對(duì)我們學(xué)習(xí)Java有一定的幫助，需要的可以參考一下

1 String不可變性

String類被聲明為 final，因此它不可被繼承。
內(nèi)部使用char數(shù)組存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，該數(shù)組被聲明為final，這意味著value數(shù)組初始化之后就不能再指向其它數(shù)組。
String內(nèi)部沒有改變value數(shù)組的方法
String類中所有修改String值的方法，如果內(nèi)容沒有改變，則返回原來的String對(duì)象引用，如果改變了，創(chuàng)建了一個(gè)全新的String對(duì)象，包含修改后的字符串內(nèi)容，最初的String對(duì)象沒有任何改變。（目的：節(jié)約存儲(chǔ)空間、避免額外的開銷）

//String的類聲明以及value字段代碼：
public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    private final char value[]; //字符數(shù)組存儲(chǔ)String的內(nèi)容
    /** Cache the hash code for the string */
    private int hash; // Default to 0
}

不可變的驗(yàn)證分析：

public class Immutable {
    public static String upcase(String s) {
        return s.toUpperCase();
    }
    public static void main(String[] args) {
        String q = "howdy";
        System.out.println(q); // howdy
        String qq = upcase(q);
        System.out.println(qq); // HOWDY
        System.out.println(q); // howdy
    }
} /* 輸出:
    howdy
    HOWDY
    howdy
    *///:~

當(dāng)把q傳給upcase0方法時(shí)，實(shí)際傳遞的是引用的一個(gè)拷貝。
upcase0方法中，傳入引用s，只有upcase0運(yùn)行的時(shí)候，局部引用s才存在。一旦upcase0運(yùn)行結(jié)束，s就消失。upcaseO的返回值是最終結(jié)果的引用。
綜上，upcase()返回的引用已經(jīng)指向了一個(gè)新的對(duì)象，而原本的q則還在原地。

延伸結(jié)論：

String對(duì)象作為方法的參數(shù)時(shí)，都會(huì)復(fù)制一份引用，參數(shù)傳遞是引用的拷貝

2 不可變的好處

1. 可以緩存 hash 值

String的hash值經(jīng)常被使用，例如String用做HashMap的key。不可變的特性可以使得hash值也不可變，因此只需要進(jìn)行一次計(jì)算。

2. String Pool 的需要

如果一個(gè)String對(duì)象已經(jīng)被創(chuàng)建過了，那么就會(huì)從 String Pool 中取得引用。只有String是不可變的，才可能使用 String Pool。

3. 線程安全

String不可變性天生具備線程安全，可以在多個(gè)線程中安全地使用。

3 String+和StringBuilder效率差異

String使用“+”表示字符串拼接

先說結(jié)論：

“+”操作，javac編譯器會(huì)自動(dòng)優(yōu)化為StringBuilder.append() 調(diào)用。
StringBuilder要比“+”操作高效
涉及循環(huán)追加的，手動(dòng)創(chuàng)建StringBuilder對(duì)象操作比“+”操作編譯器優(yōu)化，更高效

驗(yàn)證：

public class StringBuilderTest {
    public static void main(String[] args) {
        String s1 = "ABC";
        String s2 = "123";
        String result = s1+s2;
        System.out.println(result);
    }
}

編譯并查看字節(jié)碼：javap -verbose StringBuilderTest.class

執(zhí)行過程：

調(diào)用了2次append()方法，最后調(diào)用StringBuilder.toString()返回最終結(jié)果

為什么StringBuilder要比+高效？

+操作，按照：每次追加都創(chuàng)建新的String對(duì)象，把字符加入value數(shù)組中。這里產(chǎn)生一次對(duì)象創(chuàng)建操作，以及對(duì)應(yīng)的垃圾回收
StringBuilder的底層數(shù)組value也是用到了char[]，但它沒有聲明為final，故它可變，所以追加內(nèi)容時(shí)不用創(chuàng)建新的數(shù)組，而是直接修改value
StringBuilder比+省去String對(duì)象創(chuàng)建以及垃圾回收的開銷，因此效率更高。

源碼追溯：

 //StringBuilder.append()
 @Override
    public StringBuilder append(char c) {
        super.append(c);
        return this;
    }
   // 父類 AbstractStringBuilder.append()
     @Override
    public AbstractStringBuilder append(char c) {
        ensureCapacityInternal(count + 1);
        value[count++] = c;
        return this;
    }
    //AbstractStringBuilder value 字段
    abstract class AbstractStringBuilder implements Appendable, CharSequence {
    //The value is used for character storage.
    char[] value; // 沒有聲明為final，因此value可變
    }

手動(dòng)實(shí)現(xiàn)StringBuilder對(duì)象操作比編譯器自行優(yōu)化，更高效：

通過字節(jié)碼分析可知（我這里省去了，可以自己實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證）：循環(huán)部分的代碼更簡(jiǎn)短、更簡(jiǎn)單，而且它只生成了一個(gè)StringBuilder對(duì)象。
顯式地創(chuàng)建StringBuilder還允許你預(yù)先為其指定大小。如果你已經(jīng)知道最終的字符串大概有多長(zhǎng)，那預(yù)先指定StringBuilder的大小可以避免多次重新分配緩沖。

當(dāng)你為一個(gè)類編寫toString方法時(shí)，如果字符串操作比較簡(jiǎn)單，那就可以信賴編譯器，它會(huì)為你合理地構(gòu)造最終的字符串結(jié)果。但是，如果你要在toString0方法中使用循環(huán)，那么最好自己創(chuàng)建一個(gè)StringBuilder對(duì)象來實(shí)現(xiàn)。

4 String, StringBuffer and StringBuilder

可變性

String 不可變
StringBuffer和StringBuilder可變

線程安全

String不可變，因此是線程安全的
StringBuilder 不是線程安全的
StringBuffer 是線程安全的，內(nèi)部使用synchronized進(jìn)行同步

效率

如果要操作少量的數(shù)據(jù)用String
單線程環(huán)境且字符串緩沖區(qū)涉及大量數(shù)據(jù) StringBuilder
多線程環(huán)境且字符串緩沖區(qū)涉及大量數(shù)據(jù) StringBuffer

5 String與JVM內(nèi)存管理

一、引入字符串常量池

Javac編譯后，字節(jié)碼文件中有一塊區(qū)域：常量池，存儲(chǔ)了包括類中聲明的字符串常量值等字面量
運(yùn)行時(shí)，JVM開辟實(shí)際內(nèi)存空間：字符串常量值寫入了字符串常量池，屬于方法區(qū)的一部分。

案例1：

String s1 = "win";
String s2 = "win";
System.out.println(s1==s2);
//輸出結(jié)果：true
//引用 s1  s2 的值等于win在字符串常量池的地址值

結(jié)論：

引用 s1 s2 的值等于win在字符串常量池的地址值

分析字節(jié)碼的執(zhí)行過程：

案例2：

public class StringPool {
    public static void main(String[] args) {
        String s3 = new String("win");
        String s4 = new String("win");
        System.out.println(s3==s4);//false
    }
}

結(jié)論：

通過new操作符創(chuàng)建的字符串對(duì)象不指向字符串池中的任何對(duì)象。

字節(jié)碼分析：

綜上：

public class StringPool {
    public static void main(String[] args) {
        String s1 = "win";
        String s2 = "win";
        String s3 = new String("win");
        String s4 = new String("win");

        System.out.println(s1==s2);//true
        System.out.println(s1==s3);//false
        System.out.println(s3==s4);//false
    }
}

6 String api方法

從這個(gè)表中可以看出，當(dāng)需要改變字符串的內(nèi)容時(shí)，String類的方法都會(huì)返回一個(gè)新的String對(duì)象。同時(shí)，如果內(nèi)容沒有發(fā)生改變，String的方法只是返回指向原對(duì)象的引用而已。這可以節(jié)約存儲(chǔ)空間以及避免額外的開銷。