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洞察 String字串

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2020-12-28 17:27:032217瀏覽

java基礎教學欄位介紹洞察String字串

洞察 String字串

#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

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/lang/StringBuilder>
 9 dup10 invokespecial #5 <java/lang/StringBuilder.<init>>13 aload_114 invokevirtual #6 <java/lang/StringBuilder.append>17 aload_218 invokevirtual #6 <java/lang/StringBuilder.append>21 invokevirtual #7 <java/lang/StringBuilder.toString>24 astore_325 return
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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