java基础—你真的了解String吗？

String并不是java的基本数据类型，但是使用频率缺超过了java里最多的。也许你觉得String很简单，但是相信你看完这篇文章，就会发现，原来String里还有这么多你所不了解的。

从一段代码说起：

public void stringTest(){
    String a = "a"+"b"+1;
    String b = "ab1";
    System.out.println(a == b);
}

猜一猜结果如何？如果你的结论是true。好吧，再来一段代码：

public void stringTest(){
    String a = new String("ab1");
    String b = "ab1";
    System.out.println(a == b);
}

结果如何呢？正确答案是false。

让我们看看经过编译器编译后的代码如何

//第一段代码
public void stringTest() {
    String a = "ab1";
    String b = "ab1";
    System.out.println(a == b);
}

//第二段代码
public void stringTest() {
    String a1 = new String("ab1");
    String b = "ab1";
    System.out.println(a1 == b);
}

也就是说第一段代码经过了编译期优化，原因是编译器发现"a"+"b"+1和"ab1"的效果是一样的，都是不可变量组成。但是为什么他们的内存地址会相同呢？如果你对此还有兴趣，那就一起看看String类的一些重要源码吧。

String类简介

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

String类被final所修饰，也就是说String对象是不可变量，并发程序最喜欢不可变量了。String类实现了Serializable, Comparable, CharSequence接口。

Comparable接口有compareTo(String s)方法，CharSequence接口有length()，charAt(int index)，subSequence(int start,int end)方法。

String属性

String类中包含一个不可变的char数组用来存放字符串，一个int型的变量hash用来存放计算后的哈希值。

private final char value[];

private int hash; // Default to 0

private static final long serialVersionUID = -6849794470754667710L;

String常用构造方法

//不含参数的构造函数，一般没什么用，因为value是不可变量
public String() {
    this.value = new char[0];
}

//参数为String类型
public String(String original) {
    this.value = original.value;
    this.hash = original.hash;
}

//参数为char数组，使用java.utils包中的Arrays类复制
public String(char value[]) {
    this.value = Arrays.copyOf(value, value.length);
}

//从bytes数组中的offset位置开始，将长度为length的字节，以charsetName格式编码，拷贝到value
public String(byte bytes[], int offset, int length, String charsetName)
        throws UnsupportedEncodingException {
    if (charsetName == null)
        throw new NullPointerException("charsetName");
    checkBounds(bytes, offset, length);
    this.value = StringCoding.decode(charsetName, bytes, offset, length);
}

//调用public String(byte bytes[], int offset, int length, String charsetName)构造函数
public String(byte bytes[], String charsetName)
        throws UnsupportedEncodingException {
    this(bytes, 0, bytes.length, charsetName);
}

String常用方法

• equals方法
  
  equals方法经常用得到，它用来判断两个对象从实际意义上是否相等

public boolean equals(Object anObject) {
    //如果引用的是同一个对象，返回真
    if (this == anObject) {
        return true;
    }
    //如果不是String类型的数据，返回假
    if (anObject instanceof String) {
        String anotherString = (String) anObject;
        int n = value.length;
        //如果char数组长度不相等，返回假
        if (n == anotherString.value.length) {
            char v1[] = value;
            char v2[] = anotherString.value;
            int i = 0;
            //从后往前单个字符判断，如果有不相等，返回假
            while (n-- != 0) {
                if (v1[i] != v2[i])
                        return false;
                i++;
            }
            //每个字符都相等，返回真
            return true;
        }
    }
    return false;
}

• compareTo方法
  这个方法写的很巧妙，先从0开始判断字符大小。如果两个对象能比较字符的地方比较完了还相等，就直接返回自身长度减被比较对象长度，如果两个字符串长度相等，则返回的是0，巧妙地判断了三种情况。

public int compareTo(String anotherString) {
    //自身对象字符串长度len1
    int len1 = value.length;
    //被比较对象字符串长度len2
    int len2 = anotherString.value.length;
    //取两个字符串长度的最小值lim
    int lim = Math.min(len1, len2);
    char v1[] = value;
    char v2[] = anotherString.value;

    int k = 0;
    //从value的第一个字符开始到最小长度lim处为止，如果字符不相等，返回自身（对象不相等处字符-被比较对象不相等字符）
    while (k < lim) {
        char c1 = v1[k];
        char c2 = v2[k];
        if (c1 != c2) {
            return c1 - c2;
        }
        k++;
    }
    //如果前面都相等，则返回（自身长度-被比较对象长度）
    return len1 - len2;
}

• hashCode方法
  String类重写了hashCode方法，Object中的hashCode方法是一个Native调用。String类的hash采用多项式计算得来，我们完全可以通过不相同的字符串得出同样的hash，所以两个String对象的hashCode相同，并不代表两个String是一样的。

public int hashCode() {
    int h = hash;
    //如果hash没有被计算过，并且字符串不为空，则进行hashCode计算
    if (h == 0 && value.length > 0) {
        char val[] = value;

        //计算过程
        //s[0]*31^(n-1) + s[1]*31^(n-2) + ... + s[n-1]
        for (int i = 0; i < value.length; i++) {
            h = 31 * h + val[i];
        }
        //hash赋值
        hash = h;
    }
    return h;
}

• startsWith、endsWith方法
  起始比较和末尾比较都是比较经常用得到的方法，例如在判断一个字符串是不是http协议的，或者初步判断一个文件是不是mp3文件，都可以采用这个方法进行比较。

public boolean startsWith(String prefix, int toffset) {
    char ta[] = value;
    int to = toffset;
    char pa[] = prefix.value;
    int po = 0;
    int pc = prefix.value.length;
    // Note: toffset might be near -1>>>1.
    //如果起始地址小于0或者（起始地址+所比较对象长度）大于自身对象长度，返回假
    if ((toffset < 0) || (toffset > value.length - pc)) {
        return false;
    }
    //从所比较对象的末尾开始比较
    while (--pc >= 0) {
        if (ta[to++] != pa[po++]) {
            return false;
        }
    }
    return true;
}

public boolean startsWith(String prefix) {
    return startsWith(prefix, 0);
}

public boolean endsWith(String suffix) {
    return startsWith(suffix, value.length - suffix.value.length);
}

• concat方法
  concat方法也是经常用的方法之一，它先判断被添加字符串是否为空来决定要不要创建新的对象。

public String concat(String str) {
    int otherLen = str.length();
    //如果被添加的字符串为空，返回对象本身
    if (otherLen == 0) {
        return this;
    }
    int len = value.length;
    char buf[] = Arrays.copyOf(value, len + otherLen);
    str.getChars(buf, len);
    return new String(buf, true);
}

• replace方法
  replace(char oldChar, char newChar) 这个方法也有讨巧的地方，例如最开始先找出旧值出现的位置，这样节省了一部分对比的时间。replace(String oldStr,String newStr)方法通过正则表达式来判断。

public String replace(char oldChar, char newChar) {
    //新旧值先对比
    if (oldChar != newChar) {
        int len = value.length;
        int i = -1;
        char[] val = value; /* avoid getfield opcode */

        //找到旧值最开始出现的位置
        while (++i < len) {
            if (val[i] == oldChar) {
                break;
            }
        }
        //从那个位置开始，直到末尾，用新值代替出现的旧值
        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++;
            }
            return new String(buf, true);
        }
    }
    return this;
}

• 其他方法
  
  substring 相关方法最终用public String(char value[], int offset, int count)构造方法重新生成一个String返回。
  
  split 相关方法是运用了正则表达式，所以特殊字符需要加转义符。
  
  intern 方法是Native调用，它的作用是在字符串常量池里通过equals方法寻找等值的对象，如果没有找到则在常量池中开辟一片空间存放字符串并返回该对应String的引用，否则直接返回常量池中已存在String对象的引用。
  
  还有String trim()、int length()、String toString()、boolean isEmpty()、char charAt(int index)等简单的常用方法就不一一罗列了，有兴趣可以去看源码。

String源码地址：http://hg.openjdk.java.net/jdk8/jdk8/jdk/file/687fd7c7986d/src/share/classes/java/lang/String.java

字符串常量池

要深入探究刚开始那2段代码，看完String源码还不够，还要了解字符串常量池。

我们知道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，在实例化字符串的时候进行了一些优化：使用字符串常量池。每当我们创建字符串常量时，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。由于String字符串的不可变性我们可以十分肯定常量池中一定不存在两个相同的字符串（这点对理解上面至关重要）。

Java中的常量池，实际上分为两种形态：静态常量池和运行时常量池。
所谓静态常量池，即*.class文件中的常量池，class文件中的常量池不仅仅包含字符串(数字)字面量，还包含类、方法的信息，占用class文件绝大部分空间。
而运行时常量池，则是jvm虚拟机在完成类装载操作后，将class文件中的常量池载入到内存中，并保存在方法区中，我们常说的常量池，就是指方法区中的运行时常量池（java版本不同，常量池位置有所变化，详见 http://blog.csdn.net/weixin_35663229/article/details/52796157?locationNum=15 ）。

接下来举个栗子说明下：

String a = "chenssy";
String b = "chenssy";

a、b和字面上的chenssy都是指向JVM字符串常量池中的"chenssy"对象，他们指向同一个对象。

String c = new String("chenssy");

new关键字一定会产生一个对象chenssy（注意这个chenssy和上面的chenssy不同），同时这个对象是存储在堆中。所以上面应该产生了两个对象：保存在栈中的c和保存堆中chenssy。但是在Java中根本就不存在两个完全一模一样的字符串对象。故堆中的chenssy应该是引用字符串常量池中chenssy。所以c、chenssy、池chenssy的关系应该是：c--->chenssy--->池chenssy。整个关系如下：

原谅我懒得做图，网上找个好栗子

通过上面的图我们可以非常清晰的认识他们之间的关系。所以我们修改内存中的值，他变化的是所有。

总结：虽然a、b、c、chenssy是不同的对象，但是从String的内部结构我们是可以理解上面的。String c = new String("chenssy");虽然c的内容是创建在堆中，但是他的内部value还是指向JVM常量池的chenssy的value，它构造chenssy时所用的参数依然是chenssy字符串常量。

这个栗子就完美解释了开头的那2段代码。

小结

String对象是不可变类型，返回类型为String的String方法每次返回的都是新的String对象，除了某些方法的某些特定条件返回自身。

String对象的三种比较方式：

• ==内存比较：直接对比两个引用所指向的内存值，精确简洁直接明了。

• equals字符串值比较：比较两个引用所指对象字面值是否相等。

• hashCode字符串数值化比较：将字符串数值化。两个引用的hashCode相同，不保证内存一定相同，不保证字面值一定相同。

---

更多关于String你所不了解的内容，推荐深度好文：http://www.cnblogs.com/xiaoxi/p/6036701.html