String源码分析

从一段代码说起：

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

大家猜一猜结果如何？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。

一， String类

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。

二， 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。

/** The value is used for character storage. */
private final char value[];

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

/** use serialVersionUID from JDK 1.0.2 for interoperability */
private static final long serialVersionUID = -6849794470754667710L;

三， String构造函数

//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);
}

四， String常用方法

boolean equals(Object anObject)

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;
}

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，String对象判断规则：

内存地址相同，则为真。
如果对象类型不是String类型，则为假。否则继续判断。
如果对象长度不相等，则为假。否则继续判断。
从后往前，判断String类中char数组value的单个字符是否相等，有不相等则为假。如果一直相等直到第一个数，则返回真。

由此可以看出，如果对两个超长的字符串进行比较还是非常费时间的。

int compareTo(String anotherString)

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;
}

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。

int hashCode()

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;
}

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。

boolean startsWith(String prefix,int toffset)

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);
}

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。

String concat(String str)

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);
}

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。

String replace(char oldChar,char newChar)

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;
}

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。

String trim()

public String trim() {
int len = value.length;
int st = 0;
char[] val = value;    /* avoid getfield opcode */

//找到字符串前段没有空格的位置
while ((st < len) && (val[st] <= ' ')) {
    st++;
}
//找到字符串末尾没有空格的位置
while ((st < len) && (val[len - 1] <= ' ')) {
    len--;
}
//如果前后都没有出现空格，返回字符串本身
return ((st > 0) || (len < value.length)) ? substring(st, len) : this;
}

trim方法用起来也6的飞起

String intern()

public native String intern();

intern方法是Native调用，它的作用是在方法区中的常量池里通过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。

将引言中第二段代码

//String a = new String("ab1");
//改为
String a = new String("ab1").intern();

则结果为为真，原因在于a所指向的地址来自于常量池，而b所指向的字符串常量默认会调用这个方法，所以a和b都指向了同一个地址空间。

int hash32()

private transient int hash32 = 0;
int hash32() {
int h = hash32;
if (0 == h) {
   // harmless data race on hash32 here.
   h = sun.misc.Hashing.murmur3_32(HASHING_SEED, value, 0, value.length);

   // ensure result is not zero to avoid recalcing
   h = (0 != h) ? h : 1;

   hash32 = h;
}

return h;
}

在JDK1.7中，Hash相关集合类在String类作key的情况下，不再使用hashCode方式离散数据，而是采用hash32方法。这个方法默认使用系统当前时间，String类地址，System类地址等作为因子计算得到hash种子，通过hash种子在经过hash得到32位的int型数值。

public int length() {
    return value.length;
}
public String toString() {
    return this;
}
public boolean isEmpty() {
    return value.length == 0;
}
public char charAt(int index) {
    if ((index < 0) || (index >= value.length)) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(index);
    }
    return value[index];
}

以上是一些简单的常用方法。

总结

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。

参考原文：
https://github.com/GeniusVJR/LearningNotes/blob/master/Part2/JavaSE/String源码分析.md