[Java知识库]浅谈String的特点和具体的源码实现

浅谈String的特点和具体的源码实现

1、String源码本质

String的基本使用是Java入门的一个必修课，在面试中有时候也往往会是第一道面试题，一些互联网大厂也喜欢从最基础的知识点入手，然后追问技术实现细节。所以本博客通过源码和对比方式对一些实现细节简单分析

以jdk8版本的源码来说，String是以final修饰的类，实际存储的数据结构为char类型的数组

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    /** The value is used for character storage. */
    // 用于存储字符串的值
    private final char value[];

    /** Cache the hash code for the string */
    // 缓存字符串的hashcode
    private int hash; // Default to 0

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

2、构造方法

挑出String里的主要几个构造方法，String不仅可以传入String参数、char数组，而且可以传入StringBuffer和StringBuilder

// String 为参数的构造方法
public String(String original) {
    this.value = original.value;
    this.hash = original.hash;
}
// char[] 为参数构造方法
public String(char value[]) {
    this.value = Arrays.copyOf(value, value.length);
}
// StringBuffer 为参数的构造方法
public String(StringBuffer buffer) {
    synchronized(buffer) {
        this.value = Arrays.copyOf(buffer.getValue(), buffer.length());
    }
}
// StringBuilder 为参数的构造方法
public String(StringBuilder builder) {
    this.value = Arrays.copyOf(builder.getValue(), builder.length());
}

3、equals(Object)方法

equals(Object)方法比较两个字符串是否相等。String类重写了Object类的equals(Object)方法，比较的是字符串每个字符。

/**
 * Compares this string to the specified object.  The result is {@code
 * true} if and only if the argument is not {@code null} and is a {@code
 * String} object that represents the same sequence of characters as this
 * object.
 *
 * @param  anObject
 *         The object to compare this {@code String} against
 *
 * @return  {@code true} if the given object represents a {@code String}
 *          equivalent to this string, {@code false} otherwise
 *
 * @see  #compareTo(String)
 * @see  #equalsIgnoreCase(String)
 */
public boolean equals(Object anObject) {
    // 对象引用相同直接返回TRUE
    if (this == anObject) {
        return true;
    }
    // 判断要对比的值是否String类型，否直接返回FALSE
    if (anObject instanceof String) {
        String anotherString = (String)anObject;
        int n = value.length;
        if (n == anotherString.value.length) {
            // 将两个字符串转换为字符数组进行对比
            char v1[] = value;
            char v2[] = anotherString.value;
            int i = 0;
            // 循环对比字符串的每个字符
            while (n-- != 0) {
                // 其中有一个字符不相同返回FALSE
                if (v1[i] != v2[i])
                    return false;
                i++;
            }
            return true;
        }
    }
    return false;
}

equals(Object)方法传入一个Object对象，会用instanceof判断是否为String类型，不是String类型直接返回FALSE

Object oStr = "123";
Object oInt = 123;
// 返回 true
System.out.println(oStr instanceof String); 
// 返回 false
System.out.println(oInt instanceof String); 

equals(Object)方法注释里，作者也提到了两个类似方法，@see #compareTo(String) @see #equalsIgnoreCase(String)，equalsIgnoreCase(String)方法用于忽略字符串的大小写之后的字符串比较，compareTo(String)也是用于字符串比较的，具体和equals(Object)有什么不同？

4、compareTo(String)方法

compareTo(String)：用于比较两个字符串，返回的结果为 int 类型的值

public int compareTo(String anotherString) {
    int len1 = value.length;
    int len2 = anotherString.value.length;
    // 获取两个字符串长度值最小的length值
    int lim = Math.min(len1, len2);
    char v1[] = value;
    char v2[] = anotherString.value;

    int k = 0;
    // 对比每一个字符
    while (k < lim) {
        char c1 = v1[k];
        char c2 = v2[k];
        if (c1 != c2) {
            // 有字符不相等就返回差值
            return c1 - c2;
        }
        k++;
    }
    return len1 - len2;
}

从源码也可以看出compareTo(String)方法也是遍历字符串的每一个字符，当两个字符串中有任意字符不相同时，返回c1 - c2。比如，两个字符串分别存储的是 1 和 2，返回值-1；如果两个字符串存储的是1和1，返回值0,；如果两个字符串存储的是2和1，返回值是1

和equals(String)方法一样，compareTo(String)方法也有一个忽略大小写的比较方法compareToIgnoreCase(String)，compareToIgnoreCase(String)用于用于忽略大小写后比较两个字符串。

5、compareTo(String) 和equals(Object) 对比

compareTo(String) 方法和 equals(Object) 方法，这两个方法都可以用于比较字符串

• compareTo(String) 方法和 equals(Object) 方法的区别：
• equals() 可以接收一个 Object 类型的参数，而 compareTo() 只能接收一个 String 类型的参数
• equals() 返回值为 Boolean，而 compareTo() 的返回值则为 int。

6、其他方法

• indexOf()：查询字符串首次出现的下标位置
• lastIndexOf()：查询字符串最后出现的下标位置
• contains()：查询字符串中是否包含另一个字符串
• toLowerCase()：把字符串全部转换成小写
• toUpperCase()：把字符串全部转换成大写
• length()：查询字符串的长度
• trim()：去掉字符串首尾的空格
• replace()：替换字符串中的某些字符
• split()：把字符串按分隔符分割，返回字符串数组
• join()：把字符串数组转为字符串

拓展知识

上面对String的常用方法做了一个比较简单的介绍，下面给出面试中一个很常见的面试题，进行介绍，主要是学习理解，并非为了面试而面试

• 为什么 String 类型要用 final 修饰？
  final 修饰的类都是一个不可继承类。那这样设计有什么好处呢？

Java 语言之父 James Gosling的回答是，他会更倾向于使用final，因为它能够缓存结果，当你在传参时不需要考虑谁会修改它的值；如果是可变类的话，则有可能需要重新拷贝出来一个新值进行传参，这样在性能上就会有一定的损失。
另一个原因是安全，当你在调用其他方法时，比如调用一些系统级操作指令之前，可能会有一系列校验，如果是可变类的话，可能在你校验过后，它的内部的值又被改变了，这样有可能会引起严重的系统崩溃问题，这是迫使 String 类设计成不可变类的一个重要原因。

总而言之就是用两个优点，一个是安全，另外一个是性能问题

• == 和 equals 的区别是什么？
  1. ==：对比的是栈中的值，基本数据类型对比的是变量值，引用数据类型对比的是堆中内存对象的地址
  2. equals：Object中默认也是常用==进行比较，而String的equals进行重写，比较的是两个字符串的内容
• String 和 StringBuilder、StringBuffer 有什么区别？
  1. String是不可变的，如果尝试修改String字符串，会重新生成一个对象；而StringBuffer、StringBuilder是可变的
  2. StringBuffer是线程安全的，StringBuilder是线程不安全的，所以StringBuilder的执行效率要快于StringBuffer
• String 的 intern() 方法有什么含义？

public static void main(String[] args) {  
    String s1 = new String("abc");
	String s2 = "abc"; 
    // s1 == s2?
    String s3 = s1.intern();
    // s2 == s3?
}

答案：

1. s1 == s2 false
2. s2 == s2 true

String的intern()方法，会检查字符串常量池中是否有“abc”字符串，如果有，返回改字符串引用，否，将“abc”添加到常量池中。

详情可以参考博客深入解析String#intern 美团技术团队

• String和new String两张创建方式有什么区别?
  1. String str1 = “abc”; 最多创建一个String对象，最少是不创建对象。如果常量池中有“abc”，那么str1直接引用就可以，否则创建“abc”的内存空间，如何再引用。引号创建的字符串是直接量，在编译器就会存储到常量池中
  2. String str2 = new String(“abc”);最多创建两个对象，最少创建1个对象。new关键字，会在堆创建内存区域，在运行期才创建。

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