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String全面解析

前言

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        String a = "abc";
        String b = "abc";
        String c = new String("abc");
        System.out.println(a==b);
        System.out.println(a.equals(b));
        System.out.println(a==c);
        System.out.println(a.equals(c));
    }
}

那么上段代碼的結果是什么呢？答案是：true true false true，有初學java的朋友肯定會納悶，a==c為什么會是false呢？equals判斷的為什么都是true呢？

根據這些問題，我們就通過對String的解讀來一步一步的了解。

為什么a==c的結果是false

明白這個問題需要對JVM的內存結構有一定的了解，說是了解也不需要太多，能夠get到下圖的知識點就行了。

ps：本文中所有的圖示均是為了方便理解，畫出來的大致樣子，如果想要了解的更加清楚，請自行研究虛擬機原理。

java語法設計的時候針對String，提供了兩種創建方式和一種特殊的存儲機制（String intern pool ）。

兩種創建字符串對象的方式：

字面值的方式賦值
new關鍵字新建一個字符串對象

這兩種方法在性能和內存占用方面存在這差異

String Pool串池：是在內存堆中專門劃分一塊空間，用來保存所有String對象數據，當構造一個新字符串String對象時（通過字面量賦值的方法），Java編譯機制會優先在這個池子里查找是否已經存在能滿足需要的String對象，如果有的話就直接返回該對象的地址引用（沒有的話就正常的構造一個新對象，丟進去存起來），這樣下次再使用同一個String的時候，就可以直接從串池中取，不需要再次創建對象，也就避免了很多不必要的空間開銷。

根據以上的概念，我們再來看前言中的代碼，當JVM執行到String a = "abc";的時候，會先看常量池里有沒有字符串剛好是“abc”這個對象，如果沒有，在常量池里創建初始化該對象，并把引用指向它，如下圖。

當執行到String b = "abc";時，發現常量池已經有了abc這個值，于是不再在常量池中創建這個對象，而是把引用直接指向了該對象，如下圖：

繼續執行到 String c = new String("abc");這時候我們加了一個new關鍵字，這個關鍵字呢就是告訴JVM，你直接在堆內存里給我開辟一塊新的內存，如下圖所示：

這時候我們執行四個打印語句，我們需要知道==比較的是地址，equals比較的是內容（String中的重寫過了），abc三個變量的內容完全一樣，因此equals的結果都是true，ab是一個同一個對象，因此地址一樣，a和c很顯然不是同一個對象，那么此時為false也是很好理解的。

String相關源碼

在本文中只有String的部分源碼，畢竟String的源碼有3000多行，全部來寫進來不那么現實，我們挑一些比較有意思的代碼來做一定的分析說明。

屬性

我們先來看一下String都有哪些成員變量，比較關鍵的屬性有兩個，如下：

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    /** The value is used for character storage. */
    char數組
    private final char value[];
    /** Cache the hash code for the string */
    private int hash; // Default to 0

從源碼中我們能夠看到，在String類中聲明了一個char[]數組，變量名value，聲明了一個int類型的變量hash（該String對象的哈希值的緩存）。也就是說java中的String類其實就是對char數組的封裝。

構造方法

接下來我們通過一句代碼來了解一下字符串創建的過程，String c = new String("abc");我們知道使用new關鍵字就會使用到構造方法，所以如下。

public String(String original) {
        this.value = original.value;
        this.hash = original.hash;
    }

構造方法中的代碼非常簡單，把傳進來的字符串的value值，也就是char數組賦值給當前對象，hash同樣處理，那么問題來了WTF original？

在這里需要注意的是java中的一個機制，在Java中，當值被雙引號引起來(如本示例中的"abc")，JVM會去先檢查看一看常量池里有沒有abc這個對象，如果沒有，把abc初始化為對象放入常量池，如果有，直接返回常量池內容。所以也就是說在沒有“abc”的基礎上，執行代碼會在串池中創建一個abc，也會在堆內存中再new出來一個。最終的結果如下圖：

那么這時候如果再有一個String c2 = new String("abc");呢？如圖

關于這一點我們通過IDEA的debug功能也能夠看到，你會發現，c和c2其中的char數組的地址是相同的。足以說明在創建c和c2的時候使用的是同一個數組。

equals方法

public boolean equals(Object anObject) {
     //如果兩個對象是同一個引用，那么直接返回true
        if (this == anObject) {
            return true;
        }
     /*
     1.判斷傳入的對象是不是String類型
     2.判斷兩個對象的char數組長度是否一致
     3.循環判斷char數組中的每一個值是否相等
     以上條件均滿足才會返回true
     */
        if (anObject instanceof String) {
            String anotherString = (String)anObject;
            int n = value.length;
            if (n == anotherString.value.length) {
                char v1[] = value;
                char v2[] = anotherString.value;
                int i = 0;
                while (n-- != 0) {
                    if (v1[i] != v2[i])
                        return false;
                    i++;
                }
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

為什么String不可變？

串池需要

為什么說是串池需要呢？在開篇的時候我們提到過，串池中的字符串會被多個變量引用，這樣的機制讓字符串對象得到了復用，避免了很多不必要的內存消耗。

那么大家試想一下，如果String對象本身允許二次修改的話，我有一個字符串“abc”同時被100個變量引用，其中一個引用修改了String對象，那么將會影響到其他99個引用該對象的變量，這樣會對其他變量造成不可控的影響。

不可變性的優點

安全性

字符串不可變安全性的考慮處于兩個方面，數據安全和線程安全。

數據安全，大家可以回憶一下，我們都在哪些地方大量的使用了字符串？網絡數據傳輸，文件IO等，也就是說當我們在傳參的時候，使用不可變類不需要去考慮誰可能會修改其內部的值，如果使用可變類的話，可能需要每次記得重新拷貝出里面的值，性能會有一定的損失。

線程安全，因為字符串是不可變的，所以是多線程安全的，同一個字符串實例可以被多個線程共享，這樣便不用因為線程安全問題而使用同步。

性能效率

關于性能效率一方面是復用，另一方面呢需要從hash值的緩存方向來說起了。

String的Hash值在很多的地方都會被使用到，如果保證了String的不可變性，也就能夠保證Hash值始終也是不可變的，這樣就不需要在每次使用的時候重新計算hash值了。

String不可變性是如何實現的？

通過對屬性私有化，final修飾，同時沒有提供公開的get set方法以及其他的能夠修改屬性的方法，保證了在創建之后不會被從外部修改。

同時不能忘了，String也是被final修飾的，在之前的文章中我們提到過，final修飾類的結果是String類沒有子類。

那么String真的不能改變嗎？不是，通過反射我們可以，代碼如下：

String c = new String("abc");
System.out.println(c);
//獲取String類中的value字段
Field valueFieldOfString = String.class.getDeclaredField("value");

//改變value屬性的訪問權限
valueFieldOfString.setAccessible(true);

//獲取s對象上的value屬性的值
char[] value = (char[]) valueFieldOfString.get(c);

//改變value所引用的數組中的第5個字符
value[1] = '_';
System.out.println(c);
執行的結果是

abc
a_c

也就是說我們改變了字符串對象的值，有什么意義呢？沒什么意義，我們從來不會這么做。

其他問題

不是特別需要請不要使用new關鍵字創建字符串

從前文我們知道使用new關鍵字創建String的時候，即便串池中存在相同String，仍然會再次在堆內存中創建對象，會浪費內存，另一方面對象的創建相較于從串池中取效率也更低下。

String StringBuffer StringBuilder的區別

關于三者的區別，在面試題中經常的出現，String對象不可變，因此在進行任何內容上的修改時都會創建新的字符串對象，一旦修改操作太多就會造成大量的資源浪費。

StringBuffer和StringBuilder在進行字符串拼接的時候不會創建新的對象，而是在原對象上修改，不同之處在于StringBuffer線程安全，StringBuilder線程不安全。所以在進行字符串拼接的時候推薦使用StringBuffer或者StringBuilder。

posted on 2016-11-15 23:30 安卓筆記俠閱讀(994) 評論(0) 收藏舉報

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