深入理解Java的String类-阿里云开发者社区

开发者社区> 【阿里云】云大使推广计划> 正文
登录阅读全文

深入理解Java的String类

简介: 温故而知新~
文章已收录Github精选,欢迎Starhttps://github.com/yehongzhi/learningSummary

String类

在Java中String类的使用的频率可谓相当高。它是Java语言中的核心类,在java.lang包下,主要用于字符串的比较、查找、拼接等等操作。如果要深入理解一个类,最好的方法就是看看源码:

public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    /** The value is used for character storage. */
    private final char value[];

    /** Cache the hash code for the string */
    private int hash; // Default to 0
    
    //...
}

从源码中,可以看出以下几点:

  • String类被final关键字修饰,表示String类不能被继承,并且它的成员方法都默认为final方法。
  • String类实现了Serializable、CharSequence、 Comparable接口。
  • String类的值是通过char数组存储的,并且char数组被private和final修饰,字符串一旦创建就不能再修改。

下面通过几个问题不断加深对String类的理解。

问题一

上面说字符串一旦创建就不能再修改,String类提供的replace()方法不就可以替换修改字符串的内容吗?

实际上replace()方法并没有对原字符串进行修改,而是创建了一个新的字符串返回,看看源码就知道了。

public String replace(char oldChar, char newChar) {
    if (oldChar != newChar) {
        int len = value.length;
        int i = -1;
        char[] val = value; /* avoid getfield opcode */
        while (++i < len) {
            if (val[i] == oldChar) {
                break;
            }
        }
        if (i < len) {
            char buf[] = new char[len];
            for (int j = 0; j < i; j++) {
                buf[j] = val[j];
            }
            while (i < len) {
                char c = val[i];
                buf[i] = (c == oldChar) ? newChar : c;
                i++;
            }
            //创建一个新的字符串返回
            return new String(buf, true);
        }
    }
    return this;
}

其他方法也是一样,无论是sub、concat还是replace操作都不是在原有的字符串上进行的,而是重新生成了一个新的字符串对象。

问题二

为什么要使用final关键字修饰String类?

首先要讲final修饰类的作用,被final修饰的类不能被继承,类中的所有成员方法都会被隐式地指定为final方法。也就是不能拥有子类,成员方法也不能被重写。

回到问题,String类被final修饰主要基于安全性和效率两点考虑。

  • 安全性

因为字符串是不可变的,所以是多线程安全的,同一个字符串实例可以被多个线程共享。这样便不用因为线程安全问题而使用同步。字符串自己便是线程安全的。

String被许多的Java类(库)用来当做参数,比如网络连接地址URL,文件路径path,还有反射机制所需要的String参数等,假若String不是固定不变的,将会引起各种安全隐患。

  • 效率

字符串不变性保证了hash码的唯一性,因此可以放心的进行缓存,这也是一种性能优化手段,意味着不必每次都取计算新的哈希码。

只有当字符串是不可变的,字符串池才有可能实现,字符串常量池是java堆内存中一个特殊的存储区域,当创建一个String对象,假如此字符串值已经存在于常量池中,则不会创建一个新的对象,而是引用已经存在的对象。

字符串常量池

字符串的分配和其他对象分配一样,是需要消耗高昂的时间和空间的,而且字符串我们使用的非常多。JVM为了提高性能和减少内存的开销,所以在实例化字符串的时候使用字符串常量池进行优化。

池化思想其实在Java中并不少见,字符串常量池也是类似的思想,当创建字符串时,JVM会首先检查字符串常量池,如果该字符串已经存在常量池中,那么就直接返回常量池中的实例引用。如果字符串不存在常量池中,就会实例化该字符串并且将其放到常量池中。

我们可以写个简单的例子证明:

public static void main(String[] args) throws Exception {
    String s1 = "abc";
    String s2 = "abc";
    System.out.println(s1 == s2);//true
}

还有一个面试中经常问的,new String(“abc”)创建了几个对象?

这可能就是想考你对字符串常量池的理解,我一般回答是一个或者两个对象。

如果之前"abc"字符串没有使用过,毫无疑问是创建两个对象,堆中创建了一个String对象,字符串常量池创建了一个,一共两个。

如果之前已经使用过了"abc"字符串,则不会再在字符串常量池创建对象,而是从字符串常量缓冲区中获取,只会在堆中创建一个String对象。

String s1 = "abc";
String s2 = new String("abc");
//s2这行代码,只会创建一个对象

字符串拼接

字符串的拼接在Java中是很常见的操作,但是拼接字符串并不是简简单单地使用"+"号即可,还有一些要注意的点,否则会造成效率低下。

比如下面这段代码:

public static void main(String[] args) throws Exception {
    String s = "";
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        s+=i;
    }
    System.out.println(s);//0123456789
}

在循环内使用+=拼接字符串会有什么问题呢?我们反编译一下看看就知道了。

其实反编译后,我们可以看到String类使用"+="拼接的底层其实是使用StringBuilder,先初始化一个StringBuilder对象,然后使用append()方法拼接,最后使用toString()方法得到结果。

问题在于如果在循环体内使用+=拼接,会创建很多临时的StringBuilder对象,拼接后再调用toString()赋给原String对象。这会生成大量临时对象,严重影响性能。

所以在循环体内进行字符串拼接时,建议使用StringBuilder或者StringBuffer类,例子如下:

public static void main(String[] args) throws Exception {
    StringBuilder s = new StringBuilder();
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        s.append(i);
    }
    System.out.println(s.toString());//0123456789
}

StringBuilder和StringBuffer的区别在于,StringBuffer的方法都被sync关键字修饰,所以是线程安全的,而StringBuilder则是线程不安全的(效率高)。

总结

回顾一下,本文介绍了String类的不可变的特点,还有字符串常量池的作用,最后简单地从JVM编译的层面对字符串拼接提出一点建议。所谓温故而知新,即使是一些很基础很常见的类,如果深入去探索的话,也会有一番收获。

这篇文章就讲到这里了,感谢大家的阅读,希望看完大家能有所收获!

我是一个努力让大家记住的程序员。我们下期再见!!!

能力有限,如果有什么错误或者不当之处,请大家批评指正,一起学习交流!

版权声明:本文内容由阿里云实名注册用户自发贡献,版权归原作者所有,阿里云开发者社区不拥有其著作权,亦不承担相应法律责任。具体规则请查看《阿里云开发者社区用户服务协议》和《阿里云开发者社区知识产权保护指引》。如果您发现本社区中有涉嫌抄袭的内容,填写侵权投诉表单进行举报,一经查实,本社区将立刻删除涉嫌侵权内容。

分享: