Java String 源码分析

作者: TinyDolphin | 来源:发表于2017-10-30 00:17 被阅读0次

    定义

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

    可以看出:
    ①、String 是 final 的(不允许被继承)
    ②、继承了
    Serializable(可以序列化和反序列化)、
    Comparable(可以进行自定义的字符串比较)、
    CharSequence(一个可读序列。此接口对许多不同种类的 char 序列提供统一的只读访问。StringBuilder 和StringBuffer也实现了这个接口)接口。

    属性

        /** 用于存放字符串的数组 */
        private final char value[];
    

    由 final 可知,String 的内容一旦被初始化后,其不能被修改的(是指其内容不能被修改,其引用还是可以指向其他的内容)。
    注意一点:String 是基于字符数组 char[] 实现的

        /** 缓存字符串的 hash Code */
        private int hash; // 默认为 0
    
        /** 因为实现了序列化接口,所有拥有序列化ID */
        private static final long serialVersionUID = -6849794470754667710L;
    

    总结:如果你需要一个可修改的字符串,应该使用StringBuffer 或者 StringBuilder

    方法

    构造方法

    ①、无参数构造函数(会创建一个空的字符序列,可是字符串是不可变的,所以不推荐使用)

        public String() {
            this.value = "".value;
        }
    

    ②、使用字符串类型的对象来初始化(这个构造方法将会产生 2 个字符串对象,除非需要 original 的显式副本,否则不要使用此构造函数)

        public String(String original) {
            this.value = original.value;
            this.hash = original.hash;
        }
    

    ③、使用字符数组来构造(将该字符数组复制到新的字符数组中)

        public String(char value[]) {
            this.value = Arrays.copyOf(value, value.length);
        }
    
        public String(char value[], int offset, int count) {
            if (offset < 0) {
                throw new StringIndexOutOfBoundsException(offset);
            }
            if (count <= 0) {
                if (count < 0) {
                    throw new StringIndexOutOfBoundsException(count);
                }
                if (offset <= value.length) {
                    this.value = "".value;
                    return;
                }
            }
            // Note: offset or count might be near -1>>>1.
            if (offset > value.length - count) {
                throw new StringIndexOutOfBoundsException(offset + count);
            }
            this.value = Arrays.copyOfRange(value, offset, offset+count);
        }
    

    ④、使用字节数组来构建 String(分为以下两种)

    String(byte bytes[])
    String(byte bytes[], int offset, int length) // 从offset开始,长度为length 并以默认的 ISO-8859-1 编码转换成字符串
    

    使用以下四种的话,就会使用 StringCoding.decode 方法进行解码,使用的解码的字符集就是我们指定的 charsetName 或者 charset 。

    String(byte bytes[], Charset charset)
    String(byte bytes[], String charsetName)
    String(byte bytes[], int offset, int length, Charset charset)
    String(byte bytes[], int offset, int length, String charsetName)
    

    ⑤、使用 StringBuffer 和 StringBuider 来构造 String(很少用到,因为可以直接调用 toString() 方法)

        public String(StringBuffer buffer) {
            synchronized(buffer) {
                this.value = Arrays.copyOf(buffer.getValue(), buffer.length());
            }
        }
    
        public String(StringBuilder builder) {
            this.value = Arrays.copyOf(builder.getValue(), builder.length());
        }
    

    ⑥、一个特殊的保护类型的构造方法(Java 7 提供的,直接引用指向 value[] 的地址,share 只能等于 true)

        String(char[] value, boolean share) {
            // assert share : "unshared not supported";
            this.value = value;
        }
    

    Q:Java 7 为什么会提供这样一个方法?
    A:1、性能好;2、节约空间;3、安全的

    总结:如果你只需要创建一个字符串,推荐使用双引号 ""的方式,如果你需要在堆中创建一个新的对象,你可以选择构造函数的方式。

    一般方法(提高效率的方法)

    ①、equals()方法:提高比较的效率

        public boolean equals(Object anObject) {
            // 判断是否为同一对象
            if (this == anObject) {
                return true;
            }
            // 判断 anObject 是不是 String 类型
            if (anObject instanceof String) {
                String anotherString = (String)anObject;
                int n = value.length;
                // 判断长度是否相等
                if (n == anotherString.value.length) {
                    char v1[] = value;
                    char v2[] = anotherString.value;
                    int i = 0;
                    // 循环比较每一个 char 值
                    while (n-- != 0) {
                        if (v1[i] != v2[i])
                            return false;
                        i++;
                    }
                    return true;
                }
            }
            return false;
        }
    

    ②、hashCode()方法:hash 地址越大,所谓的“冲突”就越少,查找起来效率也会提高。

        public int hashCode() {
            int h = hash;
            if (h == 0 && value.length > 0) {
                char val[] = value;
                // 数学公式:s[0]*31^(n-1) + s[1]*31^(n-2) + ... + s[n-1]*31^0
                for (int i = 0; i < value.length; i++) {
                    h = 31 * h + val[i];
                }
                hash = h;
            }
            return h;
        }
    

    ③、substring()方法:Java 7 提供了一种新的实现方式牺牲一些性能,避免内存泄露。 Java 6 时,是同一个数组中操作。Java 7 是创建一个新的数组。

    public String substring(int beginIndex, int endIndex) {
            if (beginIndex < 0) {
                throw new StringIndexOutOfBoundsException(beginIndex);
            }
            if (endIndex > value.length) {
                throw new StringIndexOutOfBoundsException(endIndex);
            }
            int subLen = endIndex - beginIndex;
            if (subLen < 0) {
                throw new StringIndexOutOfBoundsException(subLen);
            }
           // 将原来的 char[] 中的值逐一复制到新的 String 中
            return ((beginIndex == 0) && (endIndex == value.length)) ? this
                    : new String(value, beginIndex, subLen);
        }
    

    ④、replaceFirst、replaceAll、replace区别:
    replace 的参数是 char 和 CharSequence,即可以支持字符的替换,也支持字符串的替换;replaceAll 和 replaceFirst 的参数是 regex,即基于规则表达式的替换(如果所用的参数据不是基于规则表达式的,则与replace()替换字符串的效果一样。)

        /**
         * value 为存储当前字符串对象的字符串数组名
         * 优化了比较次数
         * @param oldChar 将被替换掉的字符
         * @param newChar 新字符
         * @return
         *//*
        public String replace(char oldChar, char newChar) {
            //如果新字符和老字符相同,直接返回当前字符串对象
            if (oldChar != newChar) {
                int len = value.length;//获取当前字符串长度
                int i = -1;
                char[] val = value; //目的:为了防止 getfield(获取指定类的实例域,并将其值压入到栈顶)这个操作码的执行
                //目的:找出将被替换的字符(oldChar)所在字符串数组中第一个字符的下标位置
                while (++i < len) {
                    // ①、当找到第一个将被替换的字符时,跳出循环;i 就记录了下标位置
                    // ②、如果没有找到,i==len 将不会进入下面的,直接返回当前字符串
                    if (val[i] == oldChar) {
                        break;
                    }
                }
                if (i < len) {
                    //将第一个将被替换的字符(oldChar)之前的不需要被替换的字符赋值给新数组buf
                    char buf[] = new char[len];
                    for (int j = 0; j < i; j++) {
                        buf[j] = val[j];
                    }
                    // 从第一个将被替换的字符下标(i)开始,对字符进行替换操作
                    while (i < len) {
                        char c = val[i];
                        buf[i] = (c == oldChar) ? newChar : c;
                        i++;
                    }
                    return new String(buf, true);
                }
            }
            return this;
        }*/ 
    

    其他方法

    自行查看源码,简单易懂。

    扩展

    ①、String对“+”的重载:就是使用 StringBuilder 以及他的 append()、toString() 两个方法。
    比如:

    String str = "str";
    String str1 = "this is" + str; // 等价于:String str1 = new StringBuilder("this is").append(str).toString();
    

    ②、在Java 7 中,switch 对字符串支持的实现。其实 switch 只支持一种数据类型,那就是整型,其他数据类型都是转换成整型之后再使用 switch 的。
    ③、String str = "abc"; 相当于 String str = String.valueOf("abc");

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