Umfassende Analyse des Inhalts der Java-String-Klasse (mit Code)

Der Inhalt dieses Artikels befasst sich mit einer umfassenden Analyse der Java-String-Klasse (mit Code). Freunde in Not können darauf verweisen.

Im letzten Jahr, seit ich mit dem Schreiben von Java begonnen habe, habe ich immer versucht, alle Probleme zu lösen, auf die ich gestoßen bin. Ich habe nicht die Initiative ergriffen, die Funktionen der Java-Sprache eingehend zu erlernen oder den Quellcode der Sprache zu lesen JDK im Detail. Nachdem ich mich nun entschieden habe, in Zukunft meinen Lebensunterhalt mit Java
zu verdienen, muss ich noch darüber nachdenken, etwas Zeit mit Spielen aufgeben und mich eingehend mit dem System befassen.

Java String ist eine der am häufigsten verwendeten Klassen in der Java-Programmierung und die grundlegendste vom JDK bereitgestellte Klasse. Deshalb habe ich beschlossen, mit der String-Klasse zu beginnen und sie eingehend zu studieren, um einen guten Start zu bekommen.

Klassendefinition und Klassenmitglieder

Öffnen Sie den String-Quellcode im JDK und achten Sie zunächst auf die Definition der String-Klasse.

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

Nicht vererbbar und unveränderlich

Jeder, der Java geschrieben hat, weiß, dass das Ändern einer Klasse durch das letzte Schlüsselwort bedeutet, dass diese Klasse nicht vererbbar ist. Daher kann die String-Klasse nicht extern vererbt werden. Zu diesem Zeitpunkt sind wir vielleicht neugierig, warum der Designer von String
ihn so konzipiert hat, dass er nicht vererbbar ist. Ich habe verwandte Fragen und Diskussionen auf Zhihu gefunden.
Ich denke, die erste Antwort hat es sehr deutlich gemacht. Als grundlegendster Referenzdatentyp von Java ist der wichtigste Punkt von String die Unveränderlichkeit. Die Verwendung von final besteht also darin, **Vererbung zu verbieten
wodurch die Unveränderlichkeit von String zerstört wird**.

Um die Unveränderlichkeit einer Klasse zu erreichen, ist es nicht so einfach, die Klasse mit final zu dekorieren. Aus dem Quellcode können Sie ersehen, dass String tatsächlich eine Kapselung eines Zeichenarrays ist, und das Zeichenarray ist es auch privat und bietet keine
Methode, die das Zeichenarray ändern kann. Sobald die Initialisierung abgeschlossen ist, kann das String-Objekt nicht mehr geändert werden.

Serialisierung

Aus der obigen Klassendefinition sehen wir, dass String die Serialisierungsschnittstelle Serializable implementiert, sodass String Serialisierung und Deserialisierung unterstützt.
Was ist Serialisierung von Java-Objekten? Ich glaube, viele Java-Neulinge wie ich haben diese Frage. Dieser Absatz
in diesem Artikel über eine detaillierte Analyse der Java-Serialisierung und -Deserialisierung erklärt es sehr gut.

Die Java-Plattform ermöglicht es uns, wiederverwendbare Java-Objekte im Speicher zu erstellen, aber im Allgemeinen
diese Objekte existieren möglicherweise nur, wenn die JVM ausgeführt wird,
das heißt, der Lebenszyklus dieser Objekte ist nicht vorhanden einen längeren Lebenszyklus als die JVM. In realen Anwendungen erfordert
jedoch möglicherweise die Möglichkeit, das angegebene Objekt zu speichern (beizubehalten), nachdem die JVM nicht mehr ausgeführt wird, und das gespeicherte Objekt in Zukunft erneut zu lesen.
Die Java-Objektserialisierung kann uns dabei helfen, diese Funktion zu erreichen.
Bei Verwendung der Java-Objektserialisierung wird beim Speichern eines Objekts sein Status als Satz von Bytes gespeichert und diese Bytes werden in Zukunft zu Objekten zusammengesetzt.
Es ist zu beachten, dass die Objektserialisierung den „Zustand“ des Objekts, also seiner Mitgliedsvariablen, speichert. Es ist ersichtlich, dass die Objektserialisierung statische Variablen in der Klasse nicht berücksichtigt.
Zusätzlich zur Objektserialisierung, die bei der Beibehaltung von Objekten verwendet wird, wird die Objektserialisierung auch bei der Verwendung von RMI (Remote Method Invocation) oder der Übertragung von Objekten über das Netzwerk verwendet.
Die Java-Serialisierungs-API bietet einen Standardmechanismus für die Handhabung der Objektserialisierung. Die API ist einfach und benutzerfreundlich.

Im String-Quellcode können wir auch Klassenmitgliederdefinitionen sehen, die die Serialisierung unterstützen.

    /** use serialVersionUID from JDK 1.0.2 for interoperability */
    private static final long serialVersionUID = -6849794470754667710L;

    /**
     * Class String is special cased within the Serialization Stream Protocol.
     *
     * A String instance is written into an ObjectOutputStream according to
     * <a href="{@docRoot}/../platform/serialization/spec/output.html">
     * Object Serialization Specification, Section 6.2, "Stream Elements"</a>
     */
    private static final ObjectStreamField[] serialPersistentFields =
        new ObjectStreamField[0];

serialVersionUID ist eine Serialisierungsversionsnummer. Java verwendet diese UID, um die Konsistenz des Bytestroms während der Deserialisierung und der lokalen Klasse zu bestimmen. Wenn sie gleich sind, werden sie als konsistent angesehen und können deserialisiert werden . Bei Abweichungen wird eine Ausnahme ausgelöst.

serialPersistentFields Diese Definition ist viel seltener als die vorherige. Sie hängt wahrscheinlich mit den Klassenmitgliedern während der Serialisierung zusammen. Um die Bedeutung dieses Feldes zu verstehen, habe ich Baidu gegoogelt, und

Ich habe im JDK-Dokument nur eine kurze Beschreibung der Klasse ObjectStreamField gefunden: „Eine Beschreibung eines Serialisierbaren Felds aus einer Serialisierbaren Klasse.
Ein Array.“ von ObjectStreamFields wird verwendet, um die serialisierbaren Felder einer Klasse zu deklarieren.` Die allgemeine Idee ist, dass diese Klasse verwendet wird, um ein serialisiertes Feld der serialisierten Klasse zu beschreiben.
Wenn Sie ein Array dieses Typs definieren, können Sie die Felder deklarieren der Klasse, die serialisiert werden muss. Aber ich habe die spezifische Verwendung und Funktion dieser Klasse immer noch nicht gefunden. Später habe ich mir die Definition dieses Feldes genauer angesehen
und serialVersionUID sollte auch verschiedene Regeln durch spezifische Feldnamen definieren. Dann habe ich direkt nach dem Schlüsselwort serialPersistentFields gesucht und schließlich seine spezifische Rolle gefunden.
Das heißt, **die standardmäßige Serialisierungsanpassung umfasst das Schlüsselwort transient und der statische Feldname „serialPersistentFields“ wird verwendet, um anzugeben, welche Felder standardmäßig nicht serialisiert werden.
serialPersistentFields wird verwendet, um anzugeben, von welchen Feldern serialisiert werden muss Standard. Wenn sowohl serialPersistentFields als auch transient definiert sind, wird transient ignoriert. **
Ich habe es auch selbst getestet und es hat diesen Effekt.

知道了 serialPersistentFields 的作用以后，问题又来了，既然这个静态字段是用来定义参与序列化的类成员的，那为什么在 String 中这个数组的长度定义为0？
经过一番搜索查找资料以后，还是没有找到一个明确的解释，期待如果有大佬看到能解答一下。

可排序

String 类还实现了 Comparable 接口，Comparable接口只有一个方法 public int compareTo(T o)，实现了这个接口就意味着该类支持排序，
即可用 Collections.sort 或 Arrays.sort 等方法对该类的对象列表或数组进行排序。

在 String 中我们还可以看到这样一个静态变量，

 public static final Comparator<String> CASE_INSENSITIVE_ORDER
                                         = new CaseInsensitiveComparator();
private static class CaseInsensitiveComparator
            implements Comparator<String>, java.io.Serializable {
        // use serialVersionUID from JDK 1.2.2 for interoperability
        private static final long serialVersionUID = 8575799808933029326L;

        public int compare(String s1, String s2) {
            int n1 = s1.length();
            int n2 = s2.length();
            int min = Math.min(n1, n2);
            for (int i = 0; i < min; i++) {
                char c1 = s1.charAt(i);
                char c2 = s2.charAt(i);
                if (c1 != c2) {
                    c1 = Character.toUpperCase(c1);
                    c2 = Character.toUpperCase(c2);
                    if (c1 != c2) {
                        c1 = Character.toLowerCase(c1);
                        c2 = Character.toLowerCase(c2);
                        if (c1 != c2) {
                            // No overflow because of numeric promotion
                            return c1 - c2;
                        }
                    }
                }
            }
            return n1 - n2;
        }

        /** Replaces the de-serialized object. */
        private Object readResolve() { return CASE_INSENSITIVE_ORDER; }
    }

从上面的源码中可以看出，这个静态成员是一个实现了 Comparator 接口的类的实例，而实现这个类的作用是比较两个忽略大小写的 String 的大小。

那么 Comparable 和 Comparator 有什么区别和联系呢？同时 String 又为什么要两个都实现一遍呢？

第一个问题这里就不展开了，总结一下就是，Comparable 是类的内部实现，一个类能且只能实现一次，而 Comparator 则是外部实现，可以通过不改变
类本身的情况下，为类增加更多的排序功能。
所以我们也可以为 String 实现一个 Comparator使用。

String 实现了两种比较方法的意图，实际上是一目了然的。实现 Comparable 接口为类提供了标准的排序方案，同时为了满足大多数排序需求的忽略大小写排序的情况，
String 再提供一个 Comparator 到公共静态类成员中。如果还有其他的需求，那就只能我们自己实现了。

类方法

String 的方法大致可以分为以下几类。

• 构造方法

• 功能方法

• 工厂方法

• intern方法

关于 String 的方法的解析，这篇文章已经解析的够好了，所以我这里也不再重复的说一遍了。不过
最后的 intern 方法值得我们去研究。

intern方法

字符串常量池

String 做为 Java 的基础类型之一，可以使用字面量的形式去创建对象，例如 String s = "hello"。当然也可以使用 new 去创建 String 的对象，
但是几乎很少看到这样的写法，久而久之我便习惯了第一种写法，但是却不知道背后大有学问。下面一段代码可以看出他们的区别。

public class StringConstPool {
    public static void main(String[] args) {
        String s1 = "hello world";
        String s2 = new String("hello world");
        String s3 = "hello world";
        String s4 = new String("hello world");
        String s5 = "hello " + "world";
        String s6 = "hel" + "lo world";
        String s7 = "hello";
        String s8 = s7 + " world";
        
        System.out.println("s1 == s2: " + String.valueOf(s1 == s2) );
        System.out.println("s1.equals(s2): " + String.valueOf(s1.equals(s2)));
        System.out.println("s1 == s3: " + String.valueOf(s1 == s3));
        System.out.println("s1.equals(s3): " + String.valueOf(s1.equals(s3)));
        System.out.println("s2 == s4: " + String.valueOf(s2 == s4));
        System.out.println("s2.equals(s4): " + String.valueOf(s2.equals(s4)));
        System.out.println("s5 == s6: " + String.valueOf(s5 == s6));
        System.out.println("s1 == s8: " + String.valueOf(s1 == s8));
    }
}
/* output
s1 == s2: false
s1.equals(s2): true
s1 == s3: true
s1.equals(s3): true
s2 == s4: false
s2.equls(s4): true
s5 == s6: true
s1 == s8: false
 */

从这段代码的输出可以看到，equals 比较的结果都是 true，这是因为 String 的 equals 比较的值( Object 对象的默认 equals 实现是比较引用，
String 对此方法进行了重写)。== 比较的是两个对象的引用，如果引用相同则返回 true，否则返回 false。s1==s2: false和 s2==s4: false
说明了 new 一个对象一定会生成一个新的引用返回。s1==s3: true 则证明了使用字面量创建对象同样的字面量会得到同样的引用。

s5 == s6 实际上和 s1 == s3 在 JVM 眼里是一样的情况，因为早在编译阶段，这种常量的简单运算就已经完成了。我们可以使用 javap 反编译一下 class 文件去查看
编译后的情况。

➜ ～ javap -c StringConstPool.class
Compiled from "StringConstPool.java"
public class io.github.jshanet.thinkinginjava.constpool.StringConstPool {
  public io.github.jshanet.thinkinginjava.constpool.StringConstPool();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: ldc           #2                  // String hello world
       2: astore_1
       3: return
}

看不懂汇编也没关系，因为注释已经很清楚了......

s1 == s8 的情况就略复杂，s8 是通过变量的运算而得，所以无法在编译时直接算出其值。而 Java 又不能重载运算符，所以我们在 JDK 的源码里也
找不到相关的线索。万事不绝反编译，我们再通过反编译看看实际上编译器对此是否有影响。

public class io.github.jshanet.thinkinginjava.constpool.StringConstPool {
  public io.github.jshanet.thinkinginjava.constpool.StringConstPool();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: ldc           #2                  // String hello
       2: astore_1
       3: new           #3                  // class java/lang/StringBuilder
       6: dup
       7: invokespecial #4                  // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
      10: aload_1
      11: invokevirtual #5                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
      14: ldc           #6                  // String  world
      16: invokevirtual #5                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
      19: invokevirtual #7                  // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
      22: astore_2
      23: return
}

通过反编译的结果可以发现，String 的变量运算实际上在编译后是由 StringBuilder 实现的，s8 = s7 + " world" 的代码等价于
(new StringBuilder(s7)).append(" world").toString()。Stringbuilder 是可变的类，通过 append 方法 和 toString 将两个 String 对象聚合
成一个新的 String 对象，所以到这里就不难理解为什么 s1 == s8 : false 了。

之所以会有以上的效果，是因为有字符串常量池的存在。字符串对象的分配和其他对象一样是要付出时间和空间代价，而字符串又是程序中最常用的对象，JVM
为了提高性能和减少内存占用，引入了字符串的常量池，在使用字面量创建对象时， JVM 首先会去检查常量池，如果池中有现成的对象就直接返回它的引用，如果
没有就创建一个对象，并放到池里。因为字符串不可变的特性，所以 JVM 不用担心多个变量引用同一个对象会改变对象的状态。同时运行时实例创建的全局
字符串常量池中有一个表，总是为池中的每个字符串对象维护一个引用，所以这些对象不会被 GC 。

intern 方法的作用

上面说了很多都没有涉及到主题 intern 方法，那么 intern 方法到作用到底是什么呢？首先查看一下源码。

    /**
     * Returns a canonical representation for the string object.
     * <p>
     * A pool of strings, initially empty, is maintained privately by the
     * class {@code String}.
     * <p>
     * When the intern method is invoked, if the pool already contains a
     * string equal to this {@code String} object as determined by
     * the {@link #equals(Object)} method, then the string from the pool is
     * returned. Otherwise, this {@code String} object is added to the
     * pool and a reference to this {@code String} object is returned.
     * <p>
     * It follows that for any two strings {@code s} and {@code t},
     * {@code s.intern() == t.intern()} is {@code true}
     * if and only if {@code s.equals(t)} is {@code true}.
     * <p>
     * All literal strings and string-valued constant expressions are
     * interned. String literals are defined in section 3.10.5 of the
     * <cite>The Java&trade; Language Specification</cite>.
     *
     * @return  a string that has the same contents as this string, but is
     *          guaranteed to be from a pool of unique strings.
     */
    public native String intern();

Oracle JDK 中，intern 方法被 native 关键字修饰并且没有实现，这意味着这部分到实现是隐藏起来了。从注释中看到，这个方法的作用是如果常量池
中存在当前字符串，就会直接返回当前字符串，如果常量池中没有此字符串，会将此字符串放入常量池中后再返回。通过注释的介绍已经可以明白这个方法的作用了，
再用几个例子证明一下。

public class StringConstPool {
    public static void main(String[] args) {
        String s1 = "hello";
        String s2 = new String("hello");
        String s3 = s2.intern();
        System.out.println("s1 == s2: " + String.valueOf(s1 == s2));
        System.out.println("s1 == s3: " + String.valueOf(s1 == s3));
    }
}
/* output
s1 == s2: false
s1 == s3: true
*/

这里就很容易的了解 intern 实际上就是把普通的字符串对象也关联到常量池中。

Das obige ist der detaillierte Inhalt vonUmfassende Analyse des Inhalts der Java-String-Klasse (mit Code). Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!