万字详解 | Java中length、length()、size()的“爱恨情仇“（附高频面试题）

「灵魂拷问」 为什么数组用length，字符串用length()，集合却用size()？这看似简单的三个方法背后，藏着Java设计者的哪些深意？本文将带你深入源码，解密这三个"尺寸测量器"的本质区别！

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🎯 三者的本质区别（速查表）

特性	数组.length	String.length()	Collection.size()
数据类型	属性	方法	方法
可变性	固定不变	字符串不可变	动态变化
时间复杂度	O(1)	O(1)	多数集合O(1)
底层实现	JVM直接支持	char数组长度	集合内部计数器
空值处理	不会为null	NPE风险	可能返回0
适用场景	基础数组	字符串	所有集合类

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📦 数组的length属性：最原始的长度测量

1.1 基本用法

int[] numbers = new int[5];
System.out.println(numbers.length); // 输出5

String[][] matrix = new String[3][4];
System.out.println(matrix.length);   // 3（第一维长度）
System.out.println(matrix[0].length);// 4（第二维长度）

1.2 核心特性

• 编译期确定：数组长度在初始化时确定，无法修改
• 内存直接访问：JVM通过数组对象头直接获取长度
• 多维数组的陷阱：每个维度的length独立计算

1.3 底层原理（HotSpot源码解析）

// arrayOop.hpp
class arrayOopDesc : public oopDesc {
  ...
  int length() const { 
    return *(int*)(((char*)this) + length_offset_in_bytes()); 
  }
  ...
}

数组对象在内存中的布局：

| 对象头 | 长度（4字节） | 元素数据... |

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📜 String的length()方法：字符序列的守护者

2.1 基础应用

String str = "Hello世界";
System.out.println(str.length()); // 输出7（注意中文占1个char！）

String empty = "";
System.out.println(empty.length()); // 0

String nullStr = null;
System.out.println(nullStr.length()); // 抛出NullPointerException

2.2 关键知识点

• Unicode代码单元：一个char不一定等于一个Unicode字符
• 不可变性：字符串长度在创建后不可改变
• 内存优化：JDK9后使用byte[]存储（LATIN1/UTF-16编码）

2.3 源码追踪（JDK17）

public final class String {
    private final byte[] value;
    private final byte coder; // 0-LATIN1, 1-UTF16
    
    public int length() {
        return value.length >> coder; // 妙用位运算！
    }
}

编码方式对长度计算的影响：

• LATIN1编码：每个字符1字节，直接返回数组长度
• UTF-16编码：右移1位（相当于除以2）

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🗃 集合的size()方法：动态容器的智能标尺

3.1 典型用法

List<String> list = new ArrayList<>();
System.out.println(list.size()); // 0

list.add("Java");
list.add("Python");
System.out.println(list.size()); // 2

Map<Integer, String> map = new HashMap<>();
map.put(1, "One");
System.out.println(map.size()); // 1

3.2 实现原理对比

集合类型	size()实现原理	时间复杂度
ArrayList	维护size变量	O(1)
LinkedList	遍历节点计数（JDK8优化）	O(n) → O(1)
ConcurrentHashMap	分段计数求和	O(1)
PriorityQueue	维护size变量	O(1)

3.3 线程安全陷阱

// 错误示例！
List<String> unsafeList = new ArrayList<>();
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);

for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    executor.submit(() -> {
        if (unsafeList.size() < 500) { // 这里size()可能被其他线程修改
            unsafeList.add("data");
        }
    });
}

正确做法：使用并发集合或同步块

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💥 高频踩坑案例集锦

4.1 空指针三连击

// 案例1：未初始化的数组
int[] arr = null;
System.out.println(arr.length); // NullPointerException

// 案例2：未初始化的字符串
String s = null;
System.out.println(s.length()); // NullPointerException

// 案例3：集合size()的NPE保护
List<String> list = null;
System.out.println(list.size()); // NullPointerException

4.2 多维数组的迷宫

int[][] matrix = new int[3][];
matrix[0] = new int[2];
matrix[1] = new int[5];

System.out.println(matrix.length);    // 3
System.out.println(matrix[0].length); // 2
System.out.println(matrix[2].length); // NullPointerException

4.3 集合的"薛定谔的size"

List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("A", "B", "C"));
Iterator<String> it = list.iterator();

while (it.hasNext()) {
    String s = it.next();
    if (s.equals("B")) {
        list.remove(s); // 抛出ConcurrentModificationException
    }
}

正确姿势：使用迭代器的remove方法

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🚀 性能优化指南

5.1 数组length的缓存技巧

// 优化前
for (int i = 0; i < array.length; i++) { ... }

// 优化后（适用于超长数组）
int len = array.length;
for (int i = 0; i < len; i++) { ... }

实测性能提升约5%（JMH测试）

5.2 字符串长度的预处理

// 需要频繁调用length()时
String bigString = "..."; // 超长字符串
int len = bigString.length();

for (int i = 0; i < len; i++) {
    // 避免每次循环都调用length()
}

5.3 集合size()的智能判断

// 低效写法
if (collection.size() > 0) { ... }

// 高效写法
if (!collection.isEmpty()) { ... }

原理：isEmpty()通常直接返回size() == 0，但部分集合有优化实现

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📚 高频面试题解析

Q1：为什么数组用属性而字符串用方法？

参考回答：

• 数组是Java的基础数据结构，length作为属性可以提升访问效率
• 字符串的length需要封装计算逻辑（如JDK9后的压缩存储）
• 符合面向对象设计原则（封装变化）

Q2：如何正确获取集合的实时大小？

参考答案：

• 对非并发集合：需要同步块保护
• 推荐使用并发集合的size()方法
• 注意size()的时间复杂度（如LinkedList在JDK8前后的差异）

Q3：字符串length()是否等于字符数组长度？

参考答案：

• 对于普通字符串：是
• 包含Unicode代理对时：可能不等

String emoji = "😀";
System.out.println(emoji.length());        // 输出2
System.out.println(emoji.codePointCount(0, emoji.length())); // 输出1

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🌟 总结与最佳实践

1. 数组.length：固定不变，直接访问
2. String.length()：注意编码影响，防范NPE
3. Collection.size()：关注线程安全，优选isEmpty()

黄金法则：

• 操作数组前检查null
• 字符串处理注意Unicode
• 集合size()要配合同步机制

「实战建议」 在IDEA中安装"SonarLint"插件，可以自动检测length相关常见错误！

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✍️ 本文持续修订于：2023-08-20
🏷️ 相关标签：#Java基础 #集合框架 #数组 #字符串 #性能优化
🔗 延伸阅读：

• Oracle官方数组文档
• String源码深度解析
• Java集合框架设计思想

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