Analyse complète du contenu de la classe Java String (avec code)

Le contenu de cet article concerne une analyse complète de la classe Java String (avec code). Il a une certaine valeur de référence. Les amis dans le besoin peuvent s'y référer.

Au cours de la dernière année, depuis que j'ai commencé à écrire Java, j'ai toujours essayé de résoudre les problèmes que j'ai rencontrés. Je n'ai pas pris l'initiative d'apprendre en profondeur les fonctionnalités du langage Java ou de lire le code source du. JDK en profondeur. Maintenant que j'ai décidé de compter sur Java
pour gagner ma vie dans le futur, je dois encore y réfléchir, renoncer à jouer à des jeux et étudier le système en profondeur.

Java String est l'une des classes les plus couramment utilisées dans la programmation Java et la classe la plus basique fournie par le JDK. J'ai donc décidé de commencer par le cours String et de l'étudier en profondeur pour bien démarrer.

Définition de classe et membres de la classe

Ouvrez le code source String dans le JDK et vous devez d'abord faire attention à la définition de la classe String.

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

Non héritable et immuable

Tous ceux qui ont écrit Java savent que lorsque le mot-clé final modifie une classe, cela signifie que cette classe n'est pas héritable. Par conséquent, la classe String ne peut pas être héritée de manière externe. À l'heure actuelle, nous pouvons être curieux de savoir pourquoi le concepteur de String
l'a conçu pour qu'il ne soit pas héritable. J'ai trouvé des questions et des discussions connexes sur Zhihu,
Je pense que la première réponse a été très claire. En tant que type de données de référence le plus basique de Java, le point le plus important de String est l'immuabilité, donc utiliser final consiste à **interdire l'héritage
ce qui détruit la nature immuable de String**.

Pour obtenir l'immuabilité d'une classe, ce n'est pas aussi simple que de décorer la classe avec final. Vous pouvez voir dans le code source que String est en fait une encapsulation d'un tableau de caractères, et le tableau de caractères l'est. private et ne fournit
Aucune méthode pouvant modifier le tableau de caractères, donc une fois l'initialisation terminée, l'objet String ne peut pas être modifié.

Sérialisation

D'après la définition de classe ci-dessus, nous voyons que String implémente l'interface de sérialisation Serialisable, donc String prend en charge la sérialisation et la désérialisation.
Qu'est-ce que la sérialisation des objets Java ? Je pense que de nombreux novices Java comme moi se posent cette question. Ce paragraphe
de cet article sur l'analyse approfondie de la sérialisation et de la désérialisation Java l'explique très bien.

La plateforme Java nous permet de créer des objets Java réutilisables en mémoire, mais en général,
Ces objets ne peuvent exister que lorsque la JVM est en cours d'exécution,
c'est-à-dire que le cycle de vie de ces objets n'existe pas. ont un cycle de vie plus long que la JVM. Mais dans les applications réelles,
peut nécessiter la possibilité de sauvegarder (conserver) l'objet spécifié après l'arrêt de l'exécution de la JVM et de relire l'objet enregistré à l'avenir.
La sérialisation des objets Java peut nous aider à réaliser cette fonction.
En utilisant la sérialisation d'objets Java, lors de l'enregistrement d'un objet, son état sera enregistré sous la forme d'un ensemble d'octets, et à l'avenir, ces octets seront assemblés en objets.
Il faut noter que la sérialisation d'objet enregistre "l'état" de l'objet, c'est-à-dire ses variables membres. On peut voir que la sérialisation des objets ne prête pas attention aux variables statiques de la classe.
En plus de la sérialisation d'objets utilisée lors de la persistance d'objets, la sérialisation d'objets est également utilisée lors de l'utilisation de RMI (invocation de méthode à distance) ou du transfert d'objets sur le réseau.
L'API de sérialisation Java fournit un mécanisme standard pour gérer la sérialisation des objets. L'API est simple et facile à utiliser.

Dans le code source de String, nous pouvons également voir les définitions de membres de classe qui prennent en charge la sérialisation.

    /** 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 est un numéro de version de sérialisation. Java utilise cet UID pour déterminer la cohérence du flux d'octets lors de la désérialisation et s'ils sont identiques, ils sont considérés comme cohérents. être inversé Sérialisé, une exception sera levée si elle est différente.

serialPersistentFields Cette définition est beaucoup plus rare que la précédente. Elle est probablement liée aux membres de la classe lors de la sérialisation. Afin de comprendre la signification de ce champ, j'ai cherché Baidu sur Google, et

Je n'ai trouvé qu'une petite description de la classe ObjectStreamField dans le document JDK, `Une description d'un champ sérialisable à partir d'une classe sérialisable.
Un tableau de ObjectStreamFields est utilisé pour déclarer les champs sérialisables d'une classe.` L'idée générale est que cette classe est utilisée pour décrire un champ sérialisé de la classe sérialisée
Si vous définissez un tableau de ce type, vous pouvez déclarer les champs. de la classe qui doit être sérialisée. Mais je n'ai toujours pas trouvé l'usage et la fonction spécifiques de cette classe. Plus tard, j'ai examiné de plus près la définition de ce champ.
et serialVersionUID devraient également définir diverses règles via des noms de champs spécifiques. Ensuite, j'ai directement recherché le mot-clé serialPersistentFields et j'ai finalement trouvé son rôle spécifique.
C'est-à-dire que **la personnalisation de la sérialisation par défaut inclut le mot-clé transient et le nom de champ statique serialPersistentFields est utilisé pour spécifier quels champs ne sont pas sérialisés par défaut
serialPersistentFields est utilisé pour spécifier quels champs doivent être sérialisés. défaut. Si SerialPersistentFields et transient sont définis, transient sera ignoré. **
Je l'ai aussi testé moi-même, et cela a cet effet.

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。

Ce qui précède est le contenu détaillé de. pour plus d'informations, suivez d'autres articles connexes sur le site Web de PHP en chinois!