Java 源码解读之 String 类

最新推荐文章于 2024-09-28 21:07:14 发布

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String 类

定义

package java.lang; 

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
.....
}

String 类是 java lang 包下的一个类

被 final 修饰的一个常量类，不能被任何类继承，被创建后，该对象的字符序列是不可变的，包含该类后续的所有方法都不能修改该对象，直至该对象被销毁，该类的一些方法，看似改变了字符串，其实内部是创建了一个新的字符串。

因为字符串对象是不可变的，所以它们可以被共享。

该类实现了 Serializable接口，这是一个序列化标志

String 字符串存储于常量池中，创建字符串时，先去字符串常量池查找是否包含该字符串，如果没有，就实例化该对象放入常量池。

基本属性

/**用来存储字符串  */
private final char value[];

/** 缓存字符串的哈希码 */
private int hash; // Default to 0

/** 实现序列化的标识 */
private static final long serialVersionUID = -6849794470754667710L;

String 类其实是一个 char[]

构造方法 $[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-mRju3cql-1606400767128)(C:\Users\LENOVO\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201125154153789.png)]$

String s = new String(new char[]{'a','b','c'});

equals()

public boolean equals(Object anObject) {
        if (this == anObject) {
            return true;
        }
        if (anObject instanceof String) {
            String aString = (String)anObject;
            if (coder() == aString.coder()) {
                return isLatin1() ? StringLatin1.equals(value, aString.value)
                                  : StringUTF16.equals(value, aString.value);
            }
        }
        return false;
}

String 重写了 equals()

常用方法

# 获取字符串长度
lenth();
# 比较值是否相等
equals()
# 转换为 大写
toUpperCase()
# 转换为小写
toLowerCase()
# 去掉前后空格
trim();
# 将字符串放入常量池
intern()
# 获取字符的下标
indexOf()
# 将字符串连接到末尾
concat(String str)    
# 比较两个字符串某些位置上是否相等
boolean regionMatches(int toffset, String other, int ooffset, int len)

常量池

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-R66DiQYK-1606400767131)(C:\Users\LENOVO\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201125160610002.png)]$

程序计数器：也成为 PC 寄存器，线程私有。

保存的是程序当前执行的指令的地址（也可以说保存下一条指令读的所在存储单元的地址），

当 CPU 需要执行指令时，需要从程序计数器中得到当前执行的指令的所在存储单元的地址，然后根据地址获取指令，在得到指令后，程序计数器便自动加 1 ，或者根据转移指令指向下一条指令的地址，如此循环，直至执行完所有的指令。
虚拟机栈：基本数据类型、对象的引用都放在这里，线程私有。
本地方法栈：虚拟机栈是为执行 java 方法服务的，而本地方法栈是为执行本地方法（Native Method）服务的
方法区：存储每个类的信息（包括类的名称、方法、字段）、静态变量、常量、编译后的代码。
常量池：保存编译期间生成的字面量。
堆：用来存储对象本身

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-HlKhZIPU-1606400767132)(C:\Users\LENOVO\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201125163258413.png)]$

jvm 常量池中维护了一个字符串缓冲区，用于存放运行时产生的各种字符串，缓冲区的字符串不重复。

创建 String 有几种方式：

字面量

字面量或者字符串拼接时，先在常量池中查找是否存在该字符串，如果存在就直接引用，避免重复创建，如果没有就创建该对象，并放入常量池。

new 的方式

new关键字创建时，直接在堆中创建一个新对象，变量所引用的都是这个新对象的地址，但是如果通过new关键字创建的字符串内容在常量池中存在了，会将堆中创建的对象指向常量池的引用；但是反过来，如果通过new关键字创建的字符串对象在常量池中没有，那么通过new关键词创建的字符串对象是不会额外在常量池中维护的。

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-j0lrSbGm-1606400767135)(C:\Users\LENOVO\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201125172559535.png)]$

在这里插入图片描述

知识点

intern() 方法

// 这是一个本地方法

public native String intern();

当调用intern方法时，如果池中已经包含一个与该String确定的字符串相同equals(Object)的字符串，则返回该字符串。否则，将此String对象添加到池中，并``返回此对象的引用。调用一个String对象的intern()方法，如果常量池中有该对象了，直接返回该字符串的引用（存在堆中就返回堆中，存在池中就返回池中），如果没有，则将该对象添加到池中，并返回池中的引用。

String str1 = "hello";//字面量 只会在常量池中创建对象
String str2 = str1.intern();
System.out.println(str1==str2);//true

String str3 = new String("world");//new 关键字只会在堆中创建对象
String str4 = str3.intern();
System.out.println(str3 == str4);//false

String str5 = str1 + str2;//变量拼接的字符串，会在常量池中和堆中都创建对象
String str6 = str5.intern();//这里由于池中已经有对象了，直接返回的是对象本身，也就是堆中的对象
System.out.println(str5 == str6);//true

String str7 = "hello1" + "world1";//常量拼接的字符串，只会在常量池中创建对象
String str8 = str7.intern();
System.out.println(str7 == str8);//true

String 真的不可变吗?

private final char value[];
value 被 final 修饰，只能保证引用不被改变，但是 value 所指向的堆中的数组，才是真实的数据，只要能够操作堆中的数组，依旧能改变数据。而且 value 是基本类型构成，那么一定是可变的，即使被声明为 private，我们也可以通过反射来改变。

String str = "vae";
//打印原字符串
System.out.println(str);//vae
//获取String类中的value字段
Field fieldStr = String.class.getDeclaredField("value");
//因为value是private声明的，这里修改其访问权限
fieldStr.setAccessible(true);
//获取str对象上的value属性的值
char[] value = (char[]) fieldStr.get(str);
//将第一个字符修改为 V(小写改大写)
value[0] = 'V';
//打印修改之后的字符串
System.out.println(str);//Vae

通过前后两次打印的结果，我们可以看到 String 被改变了，但是在代码里，几乎不会使用反射的机制去操作 String 字符串，所以，我们会认为 String 类型是不可变的。

String 类为什么要这样设计成不可变呢？我们可以从性能以及安全方面来考虑：

安全
引发安全问题，譬如，数据库的用户名、密码都是以字符串的形式传入来获得数据库的连接，或者在socket编程中，主机名和端口都是以字符串的形式传入。因为字符串是不可变的，所以它的值是不可改变的，否则黑客们可以钻到空子，改变字符串指向的对象的值，造成安全漏洞。
保证线程安全，在并发场景下，多个线程同时读写资源时，会引竞态条件，由于 String 是不可变的，不会引发线程的问题而保证了线程。
HashCode，当 String 被创建出来的时候，hashcode也会随之被缓存，hashcode的计算与value有关，若 String 可变，那么 hashcode 也会随之变化，针对于 Map、Set 等容器，他们的键值需要保证唯一性和一致性，因此，String 的不可变性使其比其他对象更适合当容器的键值。
性能
当字符串是不可变时，字符串常量池才有意义。字符串常量池的出现，可以减少创建相同字面量的字符串，让不同的引用指向池中同一个字符串，为运行时节约很多的堆内存。若字符串可变，字符串常量池失去意义，基于常量池的String.intern()方法也失效，每次创建新的 String 将在堆内开辟出新的空间，占据更多的内存。

比较 String 和 StringBuffer 的 equals 是否相等？

StringBuilder 不是线程安全的，效率高
StrngBuffer 是线程安全的，效率低

String a = “hello”；
StringBuffer s = new StringBuffer(“hello”);
a.equals(s) // false

String 转化为基本数据类型

String s = “-1”;
Integer a = Integer.valueOf(s);
int b = Integer.parseInt(s);

Integer.valueOf (String s) 和 Integer.parseInt(String s) 的源码解读

// parseInt 方法有两个参数，第二个参数是进制，默认是 10进制
public static int parseInt(String s) throws NumberFormatException {
        return parseInt(s,10);
}

// 也可以直接调用该方法，指定要转换的进制
public static int parseInt(String s, int radix)
                throws NumberFormatException
    {
    ...
}        

// valueOf(s) 方法调用 parseInt(), 返回 Integer 类型
public static Integer valueOf(String s) throws NumberFormatException {
    return Integer.valueOf(parseInt(s, 10));
}

StringBuffer 和 StringBuilder 源码分析

相同的继承关系，都继承自 AbstractStringBuilder

// @since   1.0 
public final class StringBuffer
    extends AbstractStringBuilder
    implements java.io.Serializable, Comparable<StringBuffer>, CharSequence
 {
     ...
 }


// @since    1.5
public final class StringBuilder
    extends AbstractStringBuilder
    implements java.io.Serializable, Comparable<StringBuilder>, CharSequence
{
    ...
}

StringBuilder 调用 append() 方法时的源码分析

StringBuilder sb = new StringBuilder("1");

public StringBuilder() {
    super(16); // 调用无参构造方法，默认初始化容量是 16 
}

@HotSpotIntrinsicCandidate
public StringBuilder(String str) {
    super(str.length() + 16); // 如果没有指定，默认初始化容量是 16 + 字符串长度
    append(str); // 调用父类的 append 方法
}

// 调用父类的 append 方法
public AbstractStringBuilder append(String str) {
    if (str == null) {
        return appendNull();
    }
    int len = str.length();
    ensureCapacityInternal(count + len);
    putStringAt(count, str);
    count += len;
    return this;
}

// 判断是否需要扩容
private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) {
    // overflow-conscious code
    int oldCapacity = value.length >> coder;
    if (minimumCapacity - oldCapacity > 0) {
        value = Arrays.copyOf(value,
                              newCapacity(minimumCapacity) << coder);
    }
}

// 扩容大小是原来的2倍
private int newCapacity(int minCapacity) {
    // overflow-conscious code
    int oldCapacity = value.length >> coder;
    int newCapacity = (oldCapacity << 1) + 2;
    if (newCapacity - minCapacity < 0) {
        newCapacity = minCapacity;
    }
    int SAFE_BOUND = MAX_ARRAY_SIZE >> coder;
    return (newCapacity <= 0 || SAFE_BOUND - newCapacity < 0)
        ? hugeCapacity(minCapacity)
        : newCapacity;
}

StringBuffer 在调用 append() 时的源码分析

@Override
@HotSpotIntrinsicCandidate
public synchronized StringBuffer append(String str) {
    toStringCache = null;
    super.append(str);
    return this;
}

两者都是调用 AbstractStringBuilder 的 append()，StringBuffer 最早是 JDK 1 就出现了，append 方法加了同步标识，StringBuilder 出现于 JDK 1.5，因此在多线程下， StringBuffer 安全性高于 StringBuilder, 而效率就相对低了。

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