Java 源码刨析 - String
作者：互联网
【String 是如何实现的？它有哪些重要的方法？】
String 内部实际存储结构为 char 数组，源码如下：
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public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence { // 用于存储字符串的值 private final char value[]; // 缓存字符串的 hash code private int hash; // Default to 0 // ......其他内容 } |
String 源码中包含下面几个重要的方法。
1. 多构造方法
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// String 为参数的构造方法 public String(String original) { this.value = original.value; this.hash = original.hash; } // char[] 为参数构造方法 public String(char value[]) { this.value = Arrays.copyOf(value, value.length); } // StringBuffer 为参数的构造方法 public String(StringBuffer buffer) { synchronized(buffer) { this.value = Arrays.copyOf(buffer.getValue(), buffer.length()); } } // StringBuilder 为参数的构造方法 public String(StringBuilder builder) { this.value = Arrays.copyOf(builder.getValue(), builder.length()); } |
2. equals() 比较两个字符串是否相等
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public boolean equals(Object anObject) { // 对象引用相同直接返回 true if (this == anObject) { return true; } // 判断需要对比的值是否为 String 类型，如果不是则直接返回 false if (anObject instanceof String) { String anotherString = (String)anObject; int n = value.length; if (n == anotherString.value.length) { // 把两个字符串都转换为 char 数组对比 char v1[] = value; char v2[] = anotherString.value; int i = 0; // 循环比对两个字符串的每一个字符 while (n-- != 0) { // 如果其中有一个字符不相等就 true false，否则继续对比 if (v1[i] != v2[i]) return false; i++; } return true; } } return false; } |
String 类型重写了 Object 中的 equals() 方法，equals() 方法需要传递一个 Object 类型的参数值，在比较时会先通过 instanceof 判断是否为 String 类型，如果不是则会直接返回 false，instanceof 的使用如下：
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Object oString = "123"; Object oInt = 123; System.out.println(oString instanceof String); // 返回 true System.out.println(oInt instanceof String); // 返回 false |
还有一个和 equals() 比较类似的方法 equalsIgnoreCase()，它是用于忽略字符串的大小写之后进行字符串对比。
3. compareTo() 比较两个字符串
compareTo() 方法用于比较两个字符串，返回的结果为 int 类型的值，源码如下：
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public int compareTo(String anotherString) { int len1 = value.length; int len2 = anotherString.value.length; // 获取到两个字符串长度最短的那个 int 值 int lim = Math.min(len1, len2); char v1[] = value; char v2[] = anotherString.value; int k = 0; // 对比每一个字符 while (k < lim) { char c1 = v1[k]; char c2 = v2[k]; if (c1 != c2) { // 有字符不相等就返回差值 return c1 - c2; } k++; } return len1 - len2; } |
从源码中可以看出，compareTo() 方法会循环对比所有的字符，当两个字符串中有任意一个字符不相同时，则 return char1-char2。
还有一个和 compareTo() 比较类似的方法 compareToIgnoreCase()，用于忽略大小写后比较两个字符串。
可以看出 compareTo() 方法和 equals() 方法都是用于比较两个字符串的，但它们有两点不同：
equals() 可以接收一个 Object 类型的参数，而 compareTo() 只能接收一个 String 类型的参数；
equals() 返回值为 Boolean，而 compareTo() 的返回值则为 int。
它们都可以用于两个字符串的比较，当 equals() 方法返回 true 时，或者是 compareTo() 方法返回 0 时，则表示两个字符串完全相同。
4. 其他重要方法
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indexOf |
查询字符串首次出现的下标位置 |
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lastIndexOf |
查询字符串最后出现的下标位置 |
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contains |
查询字符串中是否包含另一个字符串 |
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toLowerCase |
把字符串全部转换成小写 |
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toUpperCase |
把字符串全部转换成大写 |
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length |
查询字符串的长度 |
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trim |
去掉字符串首尾空格 |
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replace |
替换字符串中的某些字符 |
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split |
把字符串分割并返回字符串数组 |
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join |
把字符串数组转为字符串 |
【== 和 equals 的区别】
== 对于基本数据类型来说，是用于比较 "值"是否相等的；而对于引用类型来说，是用于比较引用地址是否相同的。
查看源码我们可以知道 Object 中也有 equals() 方法，源码如下：
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public boolean equals(Object obj) { return (this == obj); } |
可以看出，Object 中的 equals() 方法其实就是 ==，而 String 重写了 equals() 方法把它修改成比较两个字符串的值是否相等。
【final 修饰的好处】
从 String 类的源码我们可以看出 String 是被 final 修饰的不可继承类，源码如下：
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public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence { //...... } |
那这样设计有什么好处呢？
Java 语言之父 James Gosling 的回答是，他会更倾向于使用 final，因为它能够缓存结果，当你在传参时不需要考虑谁会修改它的值；如果是可变类的话，则有可能需要重新拷贝出来一个新值进行传参，这样在性能上就会有一定的损失。
James Gosling 还说迫使 String 类设计成不可变的另一个原因是安全，当你在调用其他方法时，比如调用一些系统级操作指令之前，可能会有一系列校验，如果是可变类的话，可能在你校验过后，它的内部的值又被改变了，这样有可能会引起严重的系统崩溃问题，这是迫使 String 类设计成不可变类的一个重要原因。
总结来说，使用 final 修饰的第一个好处是安全；第二个好处是高效，以 JVM 中的字符串常量池来举例，如下两个变量：
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String s1 = "java"; String s2 = "java"; |
只有字符串是不可变时，我们才能实现字符串常量池，字符串常量池可以为我们缓存字符串，提高程序的运行效率，如下图所示：
试想一下如果 String 是可变的，那当 s1 的值修改之后，s2 的值也跟着改变了，这样就和我们预期的结果不相符了，因此也就没有办法实现字符串常量池的功能了。
【String 和 StringBuilder、StringBuffer 的区别】
因为 String 类型是不可变的，所以在字符串拼接的时候如果使用 String 的话性能会很低，
因此我们就需要使用另一个数据类型 StringBuffer，它提供了 append 和 insert 方法可用于字符串的拼接，它使用 synchronized 来保证线程安全，如下源码所示：
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@Override public synchronized StringBuffer append(Object obj) { toStringCache = null; super.append(String.valueOf(obj)); return this; }
@Override public synchronized StringBuffer append(String str) { toStringCache = null; super.append(str); return this; } |
因为它使用了 synchronized 来保证线程安全，所以性能不是很高；
于是在 JDK 1.5 就有了 StringBuilder，它同样提供了 append 和 insert 的拼接方法，但它没有使用 synchronized 来修饰，因此在性能上要优于 StringBuffer，所以在非并发操作的环境下可使用 StringBuilder 来进行字符串拼接。
【String 和 JVM】
String 常见的创建方式有两种，new String() 的方式和直接赋值的方式；
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；
而 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，如下代码所示：
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String s1 = new String("Java"); String s2 = s1.intern(); String s3 = "Java"; System.out.println(s1 == s2); // false System.out.println(s2 == s3); // true |
它们在 JVM 存储的位置，如下图所示：
JDK 1.7 之后把永生代换成了元空间，把字符串常量池从方法区移到了 Java 堆上。
除此之外编译器还会对 String 字符串做一些优化，例如以下代码：
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String s1 = "Ja" + "va"; String s2 = "Java"; System.out.println(s1 == s2); |
虽然 s1 拼接了多个字符串，但对比的结果却是 true。
代码 "Ja"+"va" 被直接编译成了 "Java" ，因此 s1==s2 的结果才是 true，这就是编译器对字符串优化的结果。
from：Java 源码剖析（https://kaiwu.lagou.com/course/courseInfo.htm?courseId=59#/detail/pc?id=1761）
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