java之String对象深入理解

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2023年05月22日 19:20 · 阅读数 17

前言

String对象作为 Java 语言中重要的数据类型之一，是我们平时编码最常用的对象之一，因此也是内存中占据空间最大的一个对象。然而很多人对它是一知半解，今天我们就来好好聊一聊这个既熟悉又陌生的String

一、 String认识你，你认识它么？

假如面试的时候问你，什么是String（或者谈谈你对String的理解）？你会如何回答？“String是基础对象类型之一，是Java语言中重要的数据类型之一”。恐怕这是大多数人的回答，能力强些的可能会说，String底层是用char[ ]数组来实现的；如果面试官让你再继续呢？估计很多人会一脸尴尬，脑海里极力搜索关于String的相关知识，最后也只能恨自己平时对String关注的太少。下面就让我们一步一步地去认识String。首先，来看一个面试经常遇到，错误率又很高的问题：

1 String str1 = “java”;
2 String str2 = new String(“java”);
3 String str3= str2.intern();
4 System.out.println(str1 == str2);
5 System.out.println(str2 == str3);
6 System.out.println(str1 == str3);

答案先不揭晓，各位先想一下，咱们继续往下看：

二、String对象的实现

我们把String对象的实现分为三个阶段来分析：java7之前的版本、java7/8版本、java8之后的版本。 1、 java7之前的版本中，String对象中主要由四个成员变量：char[]、偏移量offset、字符数量count、哈希值hash。String对象通过offset和count来定位char[]，这么做可以高效、快速地共享数组对象，节省内存空间，但这种方式很有可能会导致内存泄漏。 2、 java7/8版本中，String 去除了offset 和 count 两个变量。这样的好处是String 对象占用的内存稍微少了些，同时，String.substring()方法也不再共享char[]，从而解决了使用该方法可能导致的内存泄漏问题。 3、 java8之后的版本中，char[] 属性改为了 byte[] 属性，增加了一个新的属性coder，它是一个编码格式的标识。为什么这么做呢？我们知道一个char字符占16位，2 个字节。这种情况下，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。

三、String是不可变对象

1、为什么String是不可变对象 很多人背面试题的时候想必都对此很熟悉，那为什么String对象是不可变的呢？你有想过这其中的原因么？通过源码我们知道，String类被final关键字修饰了，而且变量char[]也被final修饰了。Java语法告诉我们：被final修饰的类不可被继承，被final修饰的变量不可被改变，一旦赋值了初始值，该final变量的值就不能被重新赋值，即不可更改，而char[]被 final+private修饰，说明String对象不可被更改。即String对象一旦创建成功，就不能再对它进行改变。 2、为什么String被设计成不可变对象 首先，是为了保证String对象的安全性，避免被恶意篡改。比如将值为“abc”的引用赋值给str对象，即String str = “abc”，如果此时有人恶意将“abc”改为“abcd”或其他值就会造成意想不到的错误。其次，确保属性值hash不频繁变动，保证其唯一性。 3、为实现字符串常量池提供方便 举一个反例来证明String对象的不可变性针对String对象不可变性，有人可能会说：对于一个String str =“hello”，然后改为String str =“world”，这个时候str的值变成了“world”，str值确实改变了，为什么还说String对象不可变呢？首先，我们来解释一下对象和引用。对象在内存中是一块内存地址，str则是一个指向该内存地址的引用，所以在这个例子中，第一次赋值的时候，创建了一个“hello”对象，str引用指向“hello”地址；第二次赋值的时候，又重新创建了一个对象“world”，str引用指向了“world”，但“hello”对象依然存在于内存中。也就是说str并不是对象，而只是一个对象引用。真正的对象依然还在内存中，没有被改变。所以在Java中要比较两个对象是否相等，通常是用“==”，而要判断两个对象的值是否相等，则需要用equals方法来判断。

四、String常量池

在java中，创建字符串通常有两种方式：一种是通过字符串常量池的形式，比如String str = “abcd”；另一种是直接通过new的形式，如String string = new String（“abcd”）；针对第一种方式创建字符串时，JVM首先会检查该对象是否存在于字符串常量池中，如果存在，就返回该引用，否则在常量池中创建新的字符串对象，然后将引用返回。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。采用new形式创建字符串时，首先在编译类文件时，"abcd"常量字符串将会放入到常量结构中，在类加载时，“abcd"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，同时引用常量池中的"abcd”字符串，在堆内存中创建一个 String对象；最后，string将引用String对象。

五、String.intern()方法详解

先来看一个示例：

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

你觉得输出的是false还是true？答案是：true 在字符串常量中，默认会将对象放入常量池中；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，复制到堆内存对象中，并返回堆内存对象引用。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，如果没有，就在常量池中新增该对象，并返回该对象引用；如果有，就返回常量池中的字符串引用。堆内存中原有的对象由于没有引用指向它，将会通过垃圾回收器回收。所以针对上面的例子中，在一开始创建a变量时，会在堆内存中创建一个对象，同时会在加载类时，在常量池中创建一个字符串对象，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的对象，有就返回引用。在创建b字符串变量时，也会在堆中创建一个对象，此时常量池中有该字符串对象，就不再创建。调用 intern 方法则会去常量池中判断是否有等于该字符串的对象，发现有等于"abc"字符串的对象，就直接返回引用。而在堆内存中的对象，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。看完这些内容后，文章开头的问题，相比你也有了答案了。分别是：false、false、true。

六、String、StringBuffer和StringBuilder的区别

1.对象的可变与不可变 String是不可变对象，原因上面的内容已经解释过了，这里不再赘述。 StringBuilder与StringBuffer都继承自AbstractStringBuilder类，在AbstractStringBuilder中也是使用字符数组保存数据，这两种对象都是可变的。如下： char[ ] value; 2.是否是线程安全 String中的对象是不可变的，也就可以理解为常量，所以是线程安全。 AbstractStringBuilder是StringBuilder与StringBuffer的公共父类，定义了一些字符串的基本操作，如expandCapacity、append、insert、indexOf等公共方法。 StringBuffer对方法加了同步锁或者对调用的方法加了同步锁，所以是线程安全的。看如下源码：

1  public synchronized StringBuffer reverse() {
2      super.reverse();
3      return this;
4  }
5
6  public int indexOf(String str) {
7      return indexOf(str, 0);        //存在 public synchronized int indexOf(String str, int fromIndex) 方法
8  }

StringBuilder并没有对方法进行加同步锁，所以是非线程安全的。 3.StringBuilder与StringBuffer共同点 StringBuilder与StringBuffer有公共的抽象父类AbstractStringBuilder。抽象类与接口的一个区别是：抽象类中可以定义一些子类的公共方法，子类只需要增加新的功能，不需要重复写已经存在的方法；而接口中只是对方法的申明和常量的定义。 StringBuilder、StringBuffer的方法都会调用AbstractStringBuilder中的公共方法，如super.append(…)。只是StringBuffer会在方法上加synchronized关键字，进行同步。如果程序不是多线程的，那么使用StringBuilder效率高于StringBuffer。

下面来几道测试题，看看自己对String究竟掌握了多少

七、测试题

test1、如下代码中创建了几个对象

1 String str1 = "abc";
2 String str2 = new String("abc");

对于1中的 String str1 = “abc”，首先会检查字符串常量池中是否含有字符串abc，如果有则直接指向，如果没有则在字符串常量池中添加abc字符串并指向它.所以这种方法最多创建一个对象，有可能不创建对象。对于2中的String str2 = new String（“abc”）,首先会在堆内存中申请一块内存存储字符串abc,str2指向其内存块对象。同时还会检查字符串常量池中是否含有abc字符串,若没有则添加abc到字符串常量池中。所以 new String()可能会创建两个对象。所以如果以上两行代码在同一个程序中，则1中创建了1个对象，2中创建了1个对象。如果将这两行代码的顺序调换一下，则String str2 = new String(“abc”)创建了两个对象，而 String str1 = "abc"没有创建对象。

test2、看看下面的代码创建了多少个对象：

1     String temp="apple";  
2     for(int i=0;i<1000;i++) {  
3           temp=temp+i;  
4     }

答案：1001个对象。

test3、下面的代码创建了多少个对象：

1     String temp = new String("apple")  
2     for(int i=0;i<1000;i++) {  
3            temp = temp+i;  
4     }

答案：1002个对象。

test4：

1 String ok = "ok";  
2 String ok1 = new String("ok");  
3 System.out.println(ok == ok1);//fasle

ok指向字符串常量池，ok1指向new出来的堆内存块，new的字符串在编译期是无法确定的。所以输出false。

test5：

1 String ok = "apple1";  
2 String ok1 = "apple"+1;  
3 System.out.println(ok==ok1);//true

编译期ok和ok1都是确定的，字符串都为apple1，所以ok和ok1都指向字符串常量池里的字符串apple1。指向同一个对象，所以为true。

test6：

1 String ok = "apple1";  
2 int temp = 1;  
3 String ok1 = "apple"+temp;  
4 System.out.println(ok==ok1);//false

主要看ok和ok1能否在编译期确定，ok是确定的，放进并指向常量池，而ok1含有变量导致不确定，所以不是同一个对象.输出false。

test7：

1 String ok = "apple1";  
2 final int temp = 1;  
3 String ok1 = "apple"+temp;  
4 System.out.println(ok==ok1);//true

ok确定，加上final后使得ok1也在编译期能确定，所以输出true。

test8：

 1 public static void main(String[] args) {    
 2     String ok = "apple1";  
 3     final int temp = getTemp();  
 4     String ok1 = "apple"+temp;  
 5     System.out.println(ok==ok1);//false       
 6 }  
 7   
 8 public static int getTemp(){  
 9     return 1;  
10 }

ok一样是确定的。而ok1不能确定，需要运行代码获得temp,所以不是同一个对象，输出false。

以上内容如有不对的地方，还请各位指正！多谢！