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🔥 Hi，我是丑丑。本文 「Java 路线」| 导读 —— 他山之石，可以攻玉 已收录，这里有 Android 进阶成长路线笔记 & 博客，欢迎跟着彭丑丑一起成长。（联系方式在 GitHub）
前言
- 在每种编程语言里，字符串都是一个躲不开的话题，也是面试常常出现的问题；
- 在这篇文章里，我将总结 Java 字符串中重要的知识点 & 面试题，如果能帮上忙，请务必点赞加关注，这真的对我非常重要。
目录
1. C 和 Java 中字符串和字符数组的对比
- 实现原理
在 C 语言中，字符串和字符数组本质上都是一块连续的内存空间，需要转义0（\0）结束符；
在 Java 中，字符串和字符数组有本质区别，字符串是 String 对象，而字符数组是数组对象，均不需要结束符。如果是数组对象，对象内存区域中有一个字段表示数组的长度，而 String 相当于字符数组的包装类。
java.lang.String
public final class String {
private final char value[];
private int hash;
...
}
- char 类型的数据长度
在 C 语言中，char 类型占 1 字节，分为有符号与无符号两种；
在 Java 中，char 类型占 2 字节，只有无符号类型。
| 语言 | 类型 | 存储空间（字节） | 最小值 | 最大值 |
|---|---|---|---|---|
| Java | char | 2 | 0 | 65535 |
| C | char（相当于signed char） | 1 | -128 | 127 |
| C | signed char | 1 | -128 | 127 |
| C | unsigned char | 1 | 0 | 255 |
2. String & StringBuilder & StringBuffer 的区别
- 操作效率
String 是不可变的，每次操作都会创建新的变量，而另外两个是可变的，不需要创建新的变量；另外，StringBuffer 的每个操作方法都使用 synchronized 关键字保证线程安全，增加了更多加锁 & 释放锁的时间。因此，操作效率排序为：StringBuilder > StringBuffer > String。
- 线程安全
String 不可变，所以 String 和 StringBuffer 都是线程安全的，而 StringBuilder 是非线程安全的。
| 类型 | 操作效率 | 线程安全 |
|---|---|---|
| String | 低 | 安全（final） |
| StringBuffer | 中 | 安全（synchronized） |
| StringBuilder | 高 | 非安全 |
3. 为什么 String 设计为不可变类？
-
如何使得 String 不可变？
《Effective Java》中可变性最小化原则，阐述了不可变类的规则：- 1、不对外提供修改对象状态的任何方法；
- 2、保证类不会被扩展（声明为 final 类或 private 构造器）；
- 3、声明所有域为 final；
- 4、声明所有域为 private；
- 5、确保对于任何可变性组件的互斥访问。
-
为什么设计为不可变类？
- 1、相比可变类的不确定性，不可变类稳定可靠，适合作为散列表的键；
- 2、不可变对象本质是线程安全的，不需要同步；
- 3、风险：创建不可变类的对象代价可能很高，为提高性能使用可变配套类，StringBuilder 和 StringBuffer 可以理解为 String 的配置类。
提示： 反射可以破坏 String 的不可变性。
4. String + 的实现原理
String+操作符是编译器语法糖，编译后+操作符被替换为StringBuilder#append(...)，例如：
源码：
String string = null;
for (String str : strings) {
string += str;
}
return string;
编译产物：
String string = null;
for(String str : strings) {
StringBuilder builder = new StringBuilder();
builder.append(string);
builder.append(str);
string = builder.toString();
}
字节码：
0 aconst_null
1 astore_1
2 aload_0
3 astore_2
4 aload_2
5 arraylength
6 istore_3
7 iconst_0
8 istore 4
10 iload 4
12 iload_3
13 if_icmpge 48 (+35)
16 aload_2
17 iload 4
19 aaload
20 astore 5
22 new #7 <java/lang/StringBuilder>
25 dup
26 invokespecial #8 <java/lang/StringBuilder.<init>>
29 aload_1
30 invokevirtual #9 <java/lang/StringBuilder.append>
33 aload 5
35 invokevirtual #9 <java/lang/StringBuilder.append>
38 invokevirtual #10 <java/lang/StringBuilder.toString>
41 astore_1
42 iinc 4 by 1
45 goto 10 (-35)
48 aload_1
49 areturn
可以看到，在循环里直接使用字符串+，会生成非常多中间变量，性能非常差，应该在循环外新建一个 StringBuilder，在循环内统一操作这个对象。
5. String 对象的内存分配
- "abc" 与 new String("abc")
"abc" => 字符串常量池中的对象，多次声明使用的是同一个对象；
new String("abc") => 不管常量池中是否有相同的字符串，都新建一个对象，多次调用是不同对象。
- String#intern() 的实现原理
如果字符串常量池中已经包含一个等于此 String 对象的字符串，则返回常量池中的这个字符串；否则，先将此 String 对象包含的字符串拷贝到常量池中，在常量池中的这个字符串。
从 JDK 1.7 开始，String#intern() 不再拷贝字符串到常量池中，而是在常量池中生成一个对原 String 对象的引用，并返回。
举例：
String s = new String("1");
s.intern();
String s2 = "1";
System.out.println(s == s2);
String s3 = new String("1") + new String("1");
s3.intern();
String s4 = "11";
System.out.println(s3 == s4);
输出结果为：
JDK1.6以及以下：false false
JDK1.7以及以上：false true
6. 为什么 String#haseCode() 要使用 31 作为因子？
public int hashCode() {
int h = hash;
if (h == 0 && value.length > 0) {
char val[] = value;
for (int i = 0; i < value.length; i++) {
h = 31 * h + val[i];
}
hash = h;
}
return h;
}
- 31 可以被编译器优化
提示： 位运算和减法运算的效率比乘法运算高。
- 31 是一个质数
质数是只能被 1 和自身整除的数，使用质数作为乘法因子获得的散列值，在将来进行取模时，得到相同 index 的概率会降低，即降低了哈希冲突的概率。
- 31 是一个不大不小的质数
质数太小容易造成散列值聚集在一个小区间，提供散列冲突概率；
质数过大容易造成散列值超出 int 的取值范围（上溢），丢失部分数值信息，散列冲突概率不稳定。
创作不易，你的「三连」是丑丑最大的动力，我们下次见！
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