【Java经典面试题-2】String类型为什么不可变？如果自定义一个String类，类加载顺序是怎么样的？String面试常见问题总结-优快云博客

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1. String类型为什么不可变？
2. 如果自定义一个String类，类加载顺序是怎么样的？
3. String s1 = new String("abc");这句话创建了几个字符串对象？
4. String、StringBuffer、StringBuilder的区别？
5. String 和 JVM有什么关系？
6. String有没有长度限制？是多少？为什么？
7. String中的intern方法
参考链接

1. String类型为什么不可变？

String类被final修饰导致其不能被继承，进而避免了子类破坏String不可变
保存字符串的数组被final修饰且为私有的，并且String类没有提供/暴露修改这个字符串的方法
String是不可变，关键是因为SUN公司的工程师，在后面所有String的方法里很小心的没有去动Array里的元素，没有暴露内部成员字段。private final char value[]这一句里，private的私有访问权限的作用都比final大。而且设计师还很小心地把整个String设成final禁止继承，避免被其他人继承后破坏。所以**String是不可变的关键都在底层的实现，而不是一个final。**考验的是工程师构造数据类型，封装数据的功力。

不可变有什么好处？
这个最简单地原因，就是为了安全。看下面这个场景，一个函数appendStr( )在不可变的String参数后面加上一段“bbb”后返回。appendSb( )负责在可变的StringBuilder后面加“bbb”。

class Test{
    //不可变的String
    public static String appendStr(String s){
        s+="bbb";
        return s;
    }

    //可变的StringBuilder
    public static StringBuilder appendSb(StringBuilder sb){
        return sb.append("bbb");
    }

    public static void main(String[] args){
        //String做参数
        String s=new String("aaa");
        String ns=Test.appendStr(s);
        System.out.println("String aaa >>> "+s.toString());

        //StringBuilder做参数
        StringBuilder sb=new StringBuilder("aaa");
        StringBuilder nsb=Test.appendSb(sb);
        System.out.println("StringBuilder aaa >>> "+sb.toString());
    }
}

//Output: 
//String aaa >>> aaa
//StringBuilder aaa >>> aaabbb

如果程序员不小心像上面例子里，直接在传进来的参数上加"bbb"，因为Java对象参数传的是引用，所以可变的的StringBuffer参数就被改变了。可以看到变量sb在Test.appendSb(sb)操作之后，就变成了"aaabbb"。有的时候这可能不是程序员的本意。所以String不可变的安全性就体现在这里。
再看下面这个HashSet用StringBuilder做元素的场景，问题就更严重了，而且更隐蔽。

class Test{
    public static void main(String[] args){
        HashSet<StringBuilder> hs=new HashSet<StringBuilder>();
        StringBuilder sb1=new StringBuilder("aaa");
        StringBuilder sb2=new StringBuilder("aaabbb");
        hs.add(sb1);
        hs.add(sb2);    //这时候HashSet里是{"aaa","aaabbb"}

        StringBuilder sb3=sb1;
        sb3.append("bbb");  //这时候HashSet里是{"aaabbb","aaabbb"}
        System.out.println(hs);
    }
}
//Output:
//[aaabbb, aaabbb]

StringBuilder型变量sb1和sb2分别指向了堆内的字面量"aaa"和"aaabbb"。把他们都插入一个HashSet。到这一步没问题。但如果后面我把变量sb3也指向sb1的地址，再改变sb3的值，因为StringBuilder没有不可变性的保护，sb3直接在原先"aaa"的地址上改。导致sb1的值也变了。这时候，HashSet上就出现了两个相等的键值"aaabbb"。破坏了HashSet键值的唯一性。所以千万不要用可变类型做HashMap和HashSet键值。
还有一个大家都知道，就是在并发场景下，多个线程同时读一个资源，是不会引发竟态条件的。只有对资源做写操作才有危险。不可变对象不能被写，所以线程安全。
最后别忘了String另外一个字符串常量池的属性。像下面这样字符串one和two都用字面量"something"赋值。它们其实都指向同一个内存地址。

String one = "someString";
String two = "someString";

这样在大量使用字符串的情况下，可以节省内存空间，提高效率。但之所以能实现这个特性，String的不可变性是最基本的一个必要条件。要是内存里字符串内容能改来改去，这么做就完全没有意义了。

2. 如果自定义一个String类，类加载顺序是怎么样的？

1. 情况一：自定义String类的名称为java.lang.String

假如我们自己写了一个java.lang.String的类，我们是否可以替换调JDK本身的类？
- 不能实现
- 为什么？
  - 网上解释是说双亲委托机制解决这个问题，其实不是非常的准确。因为双亲委托机制是可以打破的，你完全可以自己写一个classLoader来加载自己写的java.lang.String类，但是你会发现也不会加载成功，具体就是因为*针对java.开头的类，jvm的实现中已经保证了必须由bootstrp来加载。
  - 因加载某个类时，优先使用父类加载器加载需要使用的类。如果我们自定义了java.lang.String这个类，加载该自定义的String类，该自定义String类使用的加载器是App ClassLoader，根据优先使用父类加载器原理，App ClassLoader加载器的父类为Extension ClassLoader，所以这时加载String使用的类加载器是Extension ClassLoader，但是类加载器Extension ClassLoader在jre/lib/ext目录下没有找到String.class类。然后使用Extension ClassLoader父类的加载器Bootstrap ClassLoader，父类加载器Bootstrap ClassLoader在JRE/lib目录的rt.jar找到了String.class，将其加载到内存中。这就是类加载器的委托机制。
什么是双亲委派模型？
- 类加载器可分为两类：一是启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)，是C++实现的，是JVM的一部分；另一种是其它的类加载器，是Java实现的，独立于JVM，全部都继承自抽象类java.lang.ClassLoader。jdk自带了三种类加载器，分别是启动类加载器（Bootstrap ClassLoader），扩展类加载器（Extension ClassLoader），应用程序类加载器（Application ClassLoader）。后两种加载器是继承自抽象类java.lang.ClassLoader。
- 一般是：自定义类加载器 >> 应用程序类加载器 >> 扩展类加载器 >> 启动类加载器。这种层次关系被称为双亲委派模型(Parents Delegation Model)。除了最顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都有对应的父类加载器。
- 再简单说下双亲委托机制：如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己尝试去加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器，每一个层次的类加载器都是加此，因此所有的加载请求最终到达顶层的启动类加载器，只有当父类加载器反馈自己无法完成加载请求时（指它的搜索范围没有找到所需的类），子类加载器才会尝试自己去加载。各个类加载器之间是组合关系，并非继承关系。
为什么要使用双亲委派模型？
- 双亲委派模型可以确保安全性，可以保证所有的java类库都是由启动类加载器加载。如用户编写的java.lang.Object，加载请求传递到启动类加载器，启动类加载的是系统中的Object对象，而用户编写的java.lang.Object不会被加载。如用户编写的java.lang.virus类，加载请求传递到启动类加载器，启动类加载器发现virus类并不是核心java类，无法进行加载，将会由具体的子类加载器进行加载，而经过不同加载器进行加载的类是无法访问彼此的。由不同加载器加载的类处于不同的运行时包。所有的访问权限都是基于同一个运行时包而言的。
- 双亲委派模型保证了 Java 程序的稳定运行，可以避免类的重复加载（JVM 区分不同类的方式不仅仅根据类名，相同的类文件被不同的类加载器加载产生的是两个不同的类），也保证了 Java 的核心 API 不被篡改。
如何打破双亲委派模型
- 自定义加载器的话，需要继承 ClassLoader 。如果我们不想打破双亲委派模型，就重写 ClassLoader 类中的 findClass() 方法即可，无法被父类加载器加载的类最终会通过这个方法被加载。但是，如果想打破双亲委派模型则需要重写 loadClass() 方法。
- 为什么是重写 loadClass() 方法打破双亲委派模型呢？
  - 类加载器在进行类加载的时候，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成（调用父加载器 loadClass()方法来加载类）
  - 重写 loadClass()方法之后，我们就可以改变传统双亲委派模型的执行流程。例如，子类加载器可以在委派给父类加载器之前，先自己尝试加载这个类，或者在父类加载器返回之后，再尝试从其他地方加载这个类。具体的规则由我们自己实现，根据项目需求定制化。
  - 我们比较熟悉的 Tomcat 服务器为了能够优先加载 Web 应用目录下的类，然后再加载其他目录下的类，就自定义了类加载器 WebAppClassLoader 来打破双亲委托机制。这也是 Tomcat 下 Web 应用之间的类实现隔离的具体原理。

2. 情况二：自定义String类包名不是java.lang

自定义String和java自带的String不在同一个包下是可以加载的，自定义了自己的类加载器，去加载自定义String类

3. String s1 = new String(“abc”);这句话创建了几个字符串对象？

会创建 1 或 2 个字符串对象
当JVM遇到上述代码时，会先检索字符串常量池中是否存在“abc”，如果不存在“abc”这个字符串，则会先在常量池中创建这个一个字符串。然后再执行new操作，会在堆内存中创建一个存储“abc”的String对象，对象的引用赋值给s1。此过程创建了2个对象。
如果检索字符串常量池时发现已经存在了对应的字符串，那么只会在堆内创建一个新的String对象，此过程只创建了1个对象。

4. String、StringBuffer、StringBuilder的区别？

1. 可变性

String 是不可变的。
StringBuilder 与 StringBuffer 都继承自 AbstractStringBuilder 类，在 AbstractStringBuilder 中也是使用字符数组保存字符串，不过没有使用 final 和 private 关键字修饰，最关键的是这个 AbstractStringBuilder 类还提供了很多修改字符串的方法比如 append 方法。

2. 线程安全性

String 中的对象是不可变的，也就可以理解为常量，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。StringBuilder 并没有对方法进行加同步锁，所以是非线程安全的。

3. 性能

每次对 String 类型进行改变的时候，都会生成一个新的 String 对象，然后将指针指向新的 String 对象。
StringBuffer 每次都会对 StringBuffer 对象本身进行操作，而不是生成新的对象并改变对象引用。
相同情况下使用 StringBuilder 相比使用 StringBuffer 仅能获得 10%~15% 左右的性能提升，但却要冒多线程不安全的风险。

4. 三者使用总结

操作少量的数据: 适用 String
单线程操作字符串缓冲区下操作大量数据: 适用 StringBuilder
多线程操作字符串缓冲区下操作大量数据: 适用 StringBuffer

5. String 和 JVM有什么关系？

字符串常量池 是 JVM 为了提升性能和减少内存消耗针对字符串（String 类）专门开辟的一块区域，主要目的是为了避免字符串的重复创建。
String 常见的创建方式有两种，直接赋值的方式和new String() 的方式
- 直接赋值的方式会先去字符串常量池中查找是否已经有此值，如果有则把引用地址直接指向此值，否则会先在常量池中创建，然后再把引用指向此值
- new String() 的方式一定会先在堆上创建一个字符串对象，然后再去常量池中查询此字符串的值是否已经存在，如果不存在会先在常量池中创建此字符串，然后把引用的值指向此字符串。
JDK1.7 之前，字符串常量池存放在永久代。JDK1.7 字符串常量池和静态变量从永久代移动了 Java 堆中。
JDK 1.7 为什么要将字符串常量池移动到堆中？
- 因为永久代（方法区实现）的 GC 回收效率太低，只有在整堆收集 (Full GC)的时候才会被执行 GC。Java 程序中通常会有大量的被创建的字符串等待回收，将字符串常量池放到堆中，能够更高效及时地回收字符串内存。

6. String有没有长度限制？是多少？为什么？

首先字符串的内容是由一个字符数组 char[] 来存储的，由于数组的长度及索引是整数，且String类中返回字符串长度的方法length() 的返回值也是int ，所以通过查看java源码中的类Integer我们可以看到Integer的最大范围是2^31 -1,由于数组是从0开始的，所以**数组的最大长度可以使【0~2^31】**通过计算是大概4GB。
但是通过翻阅java虚拟机手册对class文件格式的定义以及常量池中对String类型的结构体定义我们可以知道对于索引定义了u2，就是无符号占2个字节，2个字节可以表示的最大范围是2^16 -1 = 65535。
但是由于JVM需要1个字节表示结束指令，所以这个范围就为65534了。超出这个范围在编译时期是会报错的，但是运行时拼接或者赋值的话范围是在整形的最大范围。

7. String中的intern方法

在JDK7之前的版本，调用这个方法的时候，会去常量池中查看是否已经存在这个常量了，如果已经存在，那么直接返回这个常量在常量池中的地址值，如果不存在，则在常量池中创建一个，并返回其地址值。
但是在JDK7以及之后的版本中，常量池从perm区搬到了heap区。intern检测到这个常量在常量池中不存在的时候，不会直接在常量池中创建该对象了，而是将堆中的这个对象的引用直接存到常量池中，减少内存开销。

参考链接

如何理解 String 类型值的不可变？ - 胖君的回答 - 知乎
https://www.zhihu.com/question/20618891/answer/114125846
https://blog.youkuaiyun.com/qq_23000805/article/details/89703632
https://www.nowcoder.com/share/jump/1695015150039
https://javaguide.cn/java/jvm/classloader.html
https://blog.youkuaiyun.com/bingxuesiyang/article/details/90053387
http://t.csdn.cn/NGbG9