洞察 String字串

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#推薦（免費）：java基礎教學

#實作原理

##在Java6 以及在先前的版本中，String 物件是對char 陣列進行了封裝實作的對象，主要有四個成員變數：char 陣列、偏移量offset、字元數量count、雜湊值hash。

從 Java7 版本開始到 Java8 版本，String 類別中不再有 offset 和 count 兩個變數了。這樣的好處是 String 物件佔用的記憶體稍微少了些。

從 Java9 版本開始，將 char[]字段改為 byte[]字段，又維護了一個新的屬性 coder，它是一個編碼格式的標識。

一個 char 字元佔 16 位，2 個位元組。這個情況下，儲存單字節編碼內的字元（佔一個位元組的字元）就顯得非常浪費。 JDK1.9 的 String 類別為了節省記憶體空間，於是使用了佔 8 位，1 個位元組的 byte 陣列來存放字串。

而新屬性 coder 的作用是，在計算字串長度或使用 indexOf（）函數時，我們需要根據這個字段，判斷如何計算字串長度。 coder 屬性預設有 0 和 1 兩個值，0 代表 Latin-1（單字節編碼），1 代表 UTF-16。如果 String 判斷字串只包含了 Latin-1，則 coder 屬性值為 0，反之則為 1。

不可變

查看String類別的程式碼可以發現，String類別被final關鍵字修飾，因此這個類別不能被繼承，並且String類別裡面的變數char 陣列也被final 修飾了，因此String物件不能被修改。

String物件不可變主要有以下幾個優點：

第一，保證 String 物件的安全性。假設 String 物件是可變的，那麼 String 物件將可能被惡意修改。

第二，保證 hash 屬性值不會頻繁變更，確保了唯一性，使得類似 HashMap 容器才能實現對應的 key-value 快取功能。

第三，可以實作字串常數池。

在Java 中，通常有兩種創建字串物件的方式:

第一種是透過字串常數的方式創建，如

String str = "abc"。

第二種是字串變數透過new 形式的創建，如

String str = new String("abc")。

當程式碼中使用第一種方式建立字串物件時，在編譯類別檔案時，」abc」常數字串將會放入到常數結構中，在類別載入時，「abc」將會在常數池中建立；然後，str將引用常數池中的字串物件。這種方式可以減少同一個值的字串物件的重複創建，節約記憶體。

String str = new String("abc") 這種方式，首先在編譯類別檔案時，」abc」常數字串將會放入到常數結構中，在類別載入時，「abc」將會在常數池中建立；其次，在呼叫new時，JVM 指令將會呼叫String 的建構函數，String 物件中的char 陣列將會引用常數池中」abc」字符串的char 數組，在堆內存中創建一個String 對象；最後，str 將引用String 對象，String對象的引用跟常數池中”abc”字符串的引用是不一樣的。

物件與引用：物件的內容儲存在記憶體中，作業系統透過記憶體位址來找到儲存的內容，引用就是指記憶體的位址。

例如：

String str = new String("abc")，變數str指向的是String物件的儲存位址，也就是說 str 並不是對象，而只是一個物件參考。

字串拼接

#常數相加##

String str = "ab" + "cd" + "ef";

查看編譯後的字節碼

0 ldc #2 <abcdef>2 astore_13 return</abcdef>

可以發現編譯器將程式碼最佳化成如下所示

String str= "abcdef";

變數相加##

String a = "ab";String b = "cd";String c = a + b;

查看編譯後的字節碼

 0 ldc #2 <ab>
 2 astore_1 3 ldc #3 <cd>
 5 astore_2 6 new #4 <java>
 9 dup10 invokespecial #5 <java>>13 aload_114 invokevirtual #6 <java>17 aload_218 invokevirtual #6 <java>21 invokevirtual #7 <java>24 astore_325 return</java></java></java></java></java></cd></ab>

可以發現，Java在進行字串相加的時候，底層使用的是StringBuilder，程式碼被最佳化成如下所示：

String c = new StringBuilder().append("ab").append("cd").toString();

String.intern

String a = new String("abc").intern();String b = new String("abc").intern();System.out.print(a == b);

輸出結果：

true

在字串

常數

中，預設會將物件放入常量池。例如：

String a = "123"

在字符串变量中，对象是会创建在堆内存中，同时也会在常量池中创建一个字符串对象，String 对象中的 char 数组将会引用常量池中的 char 数组，并返回堆内存对象引用。例如：String b = new String("abc")

如果调用 intern 方法，会去查看字符串常量池中是否有等于该对象的字符串的引用，如果没有，在 JDK1.6 版本中会复制堆中的字符串到常量池中，并返回该字符串引用，堆内存中原有的字符串由于没有引用指向它，将会通过垃圾回收器回收。

在 JDK1.7 版本以后，由于常量池已经合并到了堆中，所以不会再复制具体字符串了，只是会把首次遇到的字符串的引用添加到常量池中；如果有，就返回常量池中的字符串引用。

下面开始分析上面的代码块：

在一开始字符串”abc”会在加载类时，在常量池中创建一个字符串对象。

创建 a 变量时，调用 new Sting() 会在堆内存中创建一个 String 对象，String 对象中的 char 数组将会引用常量池中字符串。在调用 intern 方法之后，会去常量池中查找是否有等于该字符串对象的引用，有就返回常量池中的字符串引用。

创建 b 变量时，调用 new Sting() 会在堆内存中创建一个 String 对象，String 对象中的 char 数组将会引用常量池中字符串。在调用 intern 方法之后，会去常量池中查找是否有等于该字符串对象的引用，有就返回常量池中的字符串引用。

而在堆内存中的两个String对象，由于没有引用指向它，将会被垃圾回收。所以 a 和 b 引用的是同一个对象。

如果在运行时，创建字符串对象，将会直接在堆内存中创建，不会在常量池中创建。所以动态创建的字符串对象，调用 intern 方法，在 JDK1.6 版本中会去常量池中创建运行时常量以及返回字符串引用，在 JDK1.7 版本之后，会将堆中的字符串常量的引用放入到常量池中，当其它堆中的字符串对象通过 intern 方法获取字符串对象引用时，则会去常量池中判断是否有相同值的字符串的引用，此时有，则返回该常量池中字符串引用，跟之前的字符串指向同一地址的字符串对象。

以一张图来总结 String 字符串的创建分配内存地址情况：

使用 intern 方法需要注意的一点是，一定要结合实际场景。因为常量池的实现是类似于一个 HashTable 的实现方式，HashTable 存储的数据越大，遍历的时间复杂度就会增加。如果数据过大，会增加整个字符串常量池的负担。

判断字符串是否相等

// 运行环境 JDK1.8String str1 = "abc";String str2 = new String("abc");String str3= str2.intern();System.out.println(str1==str2); // falseSystem.out.println(str2==str3); // falseSystem.out.println(str1==str3); // true

// 运行环境 JDK1.8String s1 = new String("1") + new String("1");s1.intern();String s2 = "11";System.out.println(s1 == s2); // true , 如果不执行1.intern()，则返回false

String s1 = new String("1") + new String("1")会在堆中组合一个新的字符串对象"11"，在s1.intern()之后，由于常量池中没有该字符串的引用，所以常量池中生成一个堆中字符串"11"的引用，此时String s2 = "11"返回的是堆字符串"11"的引用，所以s1==s2。

在JDK1.7版本以及之后的版本运行以下代码，你会发现结果为true，在JDK1.6版本运行的结果却为false：

String s1 = new String("1") + new String("1");System.out.println( s1.intern()==s1);

StringBuilder与StringBuffer

由于String的值是不可变的，这就导致每次对String的操作都会生成新的String对象，这样不仅效率低下，而且大量浪费有限的内存空间。

和 String 类不同的是，StringBuffer 和 StringBuilder 类的对象能够被多次的修改，并且不产生新的对象。

StringBuilder 类在 Java 5 中被提出，它和 StringBuffer 之间的最大不同在于 StringBuilder 的方法不是线程安全的（不能同步访问）。

由于 StringBuilder 相较于 StringBuffer 有速度优势，所以多数情况下建议使用 StringBuilder 类。然而在应用程序要求线程安全的情况下，则必须使用 StringBuffer 类。

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