JDK源码分析之String篇

------------------------------String在内存中的存储情况（一下内容摘自参考资料1）-----------------------------------

前提：先了解下什么是声明，什么时候才算是产生了对象实例

其中x并未看到内存分配，变量在使用前必须先声明，再赋值，然后才可以使用。java基础数据类型会用对应的默认值进行初始化

 

一、首先看看Java虚拟机JVM的内存块及其变量、对象内存空间是怎么存储分配的

       1、栈：存放基本数据类型及对象变量的引用，对象本身不存放于栈中而是存放于堆中

             1）、基础类型 byte (8位)、boolean (1位)、char (16位)、int (32位)、short (16位)、float (32位)、double (64位)、long (64位)

             2）、java代码作用域中定义一个变量时，则java就在栈中为这个变量分配内存空间，当该变量退出该作用域时，java会自动释放该变量所占的空间

       2、堆：new操作符的对象

             1）、new创建的对象和数组

             2）、在堆中分配的内存，由Java虚拟机的自动垃圾回收器来管理

       3、静态域：static定义的静态成员变量

       4、常量池：存放常量

二、Java String类型

        Java中String不是基本数据类型，而是一种特殊的类。String代表的是不可变的字符序列，为不可变对象，一旦被创建,就不能修改它的值，对于已经存在的String对象的修改都是重新创建一个新的对象,然后把新的值保存进去

三 、String实例代码分析

package terry.java.base;

public class StringTest {
     public static void main(String[] args) {
      String a = "hello";
      String b = "hello";
      
      String newA = new String("hello");
      String newB = new String("hello");
      
      System.out.println("****** Testing Object == ******");
      System.out.println("a==b ? :" + (a==b));
      System.out.println("newA==newB ? :" +(newA==newB));
      System.out.println("a==newA ? :" + (a==newA));
      
      System.out.println("***** Testing String Object intern method******");
      System.out.println("a.intern()==b.intern() ? : " + (a.intern()==b.intern()));
      System.out.println("newA.intern()==newB.intern() ? :" + (newA.intern()==newB.intern()));
      System.out.println("a.intern()==newA.intern() ? :" + (a.intern()==newA.intern()));
      System.out.println("a=a.intern() ? :" + (a==a.intern()));
      System.out.println("newA==newA.intern() ? : " + (newA==newA.intern()));
      
      System.out.println("****** Testing String Object equals method******");
      System.out.println("equals() method :" + a.equals(newA));
      
      String c = "hel";
      String d = "lo";
      final String finalc = "hel";
      final String finalgetc = getc();
      
      System.out.println("****** Testing Object splice ******");
      System.out.println("a==\"hel\"+\"lo\" ? :" + (a=="hel"+"lo"));
      System.out.println("a==c+d ? : " + (a==c+d));
      System.out.println("a==c+\"lo\" ? : " + (a==c+"lo"));
      System.out.println("a==finalc+\"lo\" ? :" + (a==finalc+"lo"));
      System.out.println("a==finalgetc+\"lo\" ? :" + (a==finalgetc+"lo"));
      
     }
     private static String getc(){
      return "hel";
     } 
}

 

Run As Java Application -- 输出结果：

****** Testing Object == ******
a==b ? :true
newA==newB ? :false
a==newA ? :false
***** Testing String Object intern method******
a.intern()==b.intern() ? : true
newA.intern()==newB.intern() ? :true
a.intern()==newA.intern() ? :true
a==a.intern() ? :true
newA==newA.intern() ? : false
****** Testing String Object equals method******
equals() method :true
****** Testing Object splice ******
a=="hel"+"lo" ? :true
a==c+d ? : false
a==c+"lo" ? : false
a==finalc+"lo" ? :true
a==finalgetc+"lo" ? :false

 

内存分析：

上述各个变量及引用在JVM分配的内存情况

String类型对象实例直接赋值和new操作符产生的结果在JVM内存分配过程是不同的，如下注释说明

String a = "hello"; //先在栈中创建一个对String类的对象引用变量a，然后通过符号引用去字符串常量池里找有没有"hello",如果没有，则将"hello"存放进字符串常量池 ，并令a指向"hello"，如果已经有"hello"则直接将a指向"hello"    -->  产生1个对象及1个引用
String b = "hello"; //先在栈中创建一个对String类的对象引用变量b，然后通过符号引用去字符串常量池里找有没有"hello",因为之前在常量池中已经有"hello"，所以直接将b指向"hello"    -->  因为不需要在常量池产生"hello"，所以只是在栈中产生1个引用
String newA = new String("hello"); //先在栈中创建一个对String类的对象引用变量newA，然后new()操作会在heap堆中产生一个新的对象"hello"，并将newA指向堆中的"hello",同时检查String pool常量池中是否有对象"hello"，如果没有也产生一个对象"hello",如果有则不产生，因为这里之前已经在常量池中产生过了，所以   -->  只需要产生1个对象及1个引用
String newB = new String("hello");  //因为new每次都会保证在heap堆内存中产生新的对象，并将栈中的引用指向对应的堆中的地址，所以此语句同上一条的处理

String常量+的拼接 及 String常量与引用实例+的拼接 的区别 

System.out.println("a==\"hel\"+\"lo\" ? :" + (a=="hel"+"lo"));  //JVM对于字符串常量的"+"号连接，在程序编译期，JVM就将常量字符串的"+"连接优化为连接后的值，因此"hel" + "lo"优化后完全等同于"hello"
System.out.println("a==c+d ? : " + (a==c+d)); 
System.out.println("a==c+\"lo\" ? : " + (a==c+"lo"));  //JVM对于字符串引用，由于在字符串的"+"连接中，有字符串引用存在，而引用的值在程序编译期是无法确定的，所以c+\"lo\"实际是c在栈中保存的地址+字符串"lo"于常量池中指向的地址 所指向的在堆中新分配的一块内存空间
System.out.println("a==finalc+\"lo\" ? :" + (a==finalc+"lo"));  //对于final修饰的变量，它在编译时被解析为常量值的一个本地拷贝存储到自己的常量 池中或嵌入到它的字节码流中，在编译期就已经确定了内存空间地址，所以此类似于2个字符串常量的+
System.out.println("a==finalgetc+\"lo\" ? :" + (a==finalgetc+"lo"));

关于String对象的intern()方法的说明

一个初始时为空的字符串池，它由类 String 私有地维护

当调用 intern 方法时，如果池已经包含一个等于此 String 对象的字符串（该对象由 equals(Object) 方法确定），则返回池中的字符串。否则，将此String 对象添加到池中，并且返回此String 对象的引用，因此a.intern(),b.intern(),newA.intern(),newB.intern()隐含的各自在栈中分配了各自的内存区域，同时都将栈中的应用全部指向了String pool常量池中的同一块区域"hello"

 

-----------------------------------------------Thinking in Java 读书笔记--------------------------------------------

《Java编程思想<第四版>》-第13章

本章第一小节标题为“不可变String”，第一句话为“String对象时不可变的”。String类中任何一个看起来会修改String值的方法，实际上都是创建了一个全新的String对象，以包含修改后的字符串内容，原来的String对象丝毫未动。

给Java初学者举个栗子，有基础的直接跳过：

String s = "ABCabc";
System.out.println("s = " + s);
 
s = "123456";
System.out.println("s = " + s);

 

打印结果是：

s = ABCabc
s = 123456

 

貌似s的值被改变了，改变的只是s的这个引用，本来s该引用指向了常量池中的“ABCabc”，后来指向了常量池中的“123456”。结合上面的内存模型，常量池中有两个常量“ABCabc”、“123456”,栈中只有一个引用s，本来这个s指向“ABCabc”，后来被赋值给了“123456”，图就不画了，还不明白，就别往下看了，看一点更基础的比较好。

 

来看下String的源代码：

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    /** The value is used for character storage. */汉化一下：这个value是用来装char的.明白了吧，String其实是char数组的包装类。
    //而这个数组是final类型的，不可能指向别的对象，但是可以改，这个请耐心看下去
    private final char value[];
    /** Cache the hash code for the string */缓存hashCode
    private int hash; // Default to 0
}

源码中String的本质是一个final类型的char数组，既然是final类型，那个该数组引用value就不允许再指向其他对象了，因此只从类的设计角度讲：如果jdk源码中并没有提供对value本身的修改，那么理论上来讲String是不可变的。

 

StringBuilder的故事

大家都知道String的有两个关系很亲近的小伙伴：StringBuffer、StringBuilder，其中的区别大家可以看源代码，StringBuffer对每个方法（除了构造函数）都用了同步，StringBuilder就内向多了。

大家还知道java中是不支持运算符重载的，但是有且仅有两个例外：+、+=对String进行的重载。

+、+=被重载了，+用来连接String操作：就是说 “a" + "b" + ”c“= ”abc“；

上文书说道：

String是不可变的，即是说String a = "a" ； a + "b" 之后，a还是”a“，这个”ab“实际上又生成了一个新的String对象。将这个赋值语句剖析一下：

"a" + "b" + "c"：先计算前两个  "a" + "b"：这时内存中其实有四个字符串，”a“,"b","c","ab"，然后再+”c“，这是内存中有五个String：”a“,"b","c","ab"，”abc“。

真的是这样吗？

可以通过javap来反编译上面的赋值语句，会发现，在编译本条语句时，编译器会自作主张的引入了StringBuilder，并调用了StringBuilder.append方法，这样就不用再生成多余的字符串了；

因此在用StringBuilder进行append操作时候，千万不要使用append("a" + "b")这样的操作，因为酱，编译器会为你另外的创建一个StringBuilder对象来处理括号里的字符串操作。

 

toString的故事，无意识的递归：

toString方法里面谨慎返回this，可能因此无限递归；

this遇到+“”时候，会将this转换成String，怎么转换呢？通过调用toString方法的好了，无限递归，栈溢出。

 

String真的不可变吗?

从上文可知String的成员变量是private final 的，也就是初始化之后不可改变。那么在这几个成员中， value比较特殊，因为他是一个引用变量，而不是真正的对象。value是final修饰的，也就是说final不能再指向其他数组对象，那么我能改变value指向的数组吗？ 比如将数组中的某个位置上的字符变为下划线“_”。 至少在我们自己写的普通代码中不能够做到，因为我们根本不能够访问到这个value引用，更不能通过这个引用去修改数组。 那么用什么方式可以访问私有成员呢？ 没错，用反射， 可以反射出String对象中的value属性， 进而改变通过获得的value引用改变数组的结构。下面是实例代码： 

 

    //创建字符串"Hello World"， 并赋给引用s
    String s = "Hello World"; 
     
    System.out.println("s = " + s); //Hello World
     
    //获取String类中的value字段
    Field valueFieldOfString = String.class.getDeclaredField("value");
     
    //改变value属性的访问权限
    valueFieldOfString.setAccessible(true);
     
    //获取s对象上的value属性的值
    char[] value = (char[]) valueFieldOfString.get(s);
     
    //改变value所引用的数组中的第5个字符
    value[5] = '_';
     
    System.out.println("s = " + s);  //Hello_World
}

 

打印结果为： s = Hello World
s = Hello_World

在这个过程中，s始终引用的同一个String对象，但是再反射前后，这个String对象发生了变化， 也就是说，通过反射是可以修改所谓的“不可变”对象的。但是一般我们不这么做。这个反射的实例还可以说明一个问题：如果一个对象，他组合的其他对象的状态是可以改变的，那么这个对象很可能不是不可变对象。例如一个Car对象，它组合了一个Wheel对象，虽然这个Wheel对象声明成了private final 的，但是这个Wheel对象内部的状态可以改变， 那么就不能很好的保证Car对象不可变。 

 

常用方法：

    public char charAt(int index) {
        if ((index < 0) || (index >= value.length)) {
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(index);
        }
        return value[index];//先判断越界，然后直接返回合法值
    }

    public boolean isEmpty() {
        return value.length == 0;
    }

    public int length() {
        return value.length;
    }

 从源码的实现来看，length() == 0 和 isEmpty()效率是一样的。

    public boolean equals(Object anObject) {
        if (this == anObject) {
            return true;
        }//重写了Object的equals方法，判断字符串内容
        if (anObject instanceof String) {
            String anotherString = (String) anObject;
            int n = value.length;
            if (n == anotherString.value.length) {
                char v1[] = value;
                char v2[] = anotherString.value;
                int i = 0;
                while (n-- != 0) {
                    if (v1[i] != v2[i])
                            return false;
                    i++;
                }
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    public boolean contentEquals(StringBuffer sb) {
        synchronized (sb) {
            return contentEquals((CharSequence) sb);
        }
    }

    public boolean contentEquals(CharSequence cs) {
        if (value.length != cs.length())
            return false;
        // Argument is a StringBuffer, StringBuilder
        if (cs instanceof AbstractStringBuilder) {
            char v1[] = value;
            char v2[] = ((AbstractStringBuilder) cs).getValue();
            int i = 0;
            int n = value.length;
            while (n-- != 0) {
                if (v1[i] != v2[i])
                    return false;
                i++;
            }
            return true;
        }
        // Argument is a String
        if (cs.equals(this))
            return true;
        // Argument is a generic CharSequence
        char v1[] = value;
        int i = 0;
        int n = value.length;
        while (n-- != 0) {
            if (v1[i] != cs.charAt(i))
                return false;
            i++;
        }
        return true;
    }

 contentEquals(charSequence cs)参数可以是StringBuilder、StringBuffer、String以及CharSequence,contentEquals(StringBuilder sb)只是为了保证sb的一致性，在外面加了互斥锁。equals方法也只是contentEquals的一种情况的实现，完全可以用contentEquals(cs)来取代。

    public String concat(String str) {
        int otherLen = str.length();
        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);//返回了新的string
    }

concat方法可以看出，最后返回的其实是一个新new的string。并不对原value内容进行改动。

同样的：

 public String substring(int beginIndex) {
        if (beginIndex < 0) {
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(beginIndex);
        }
        int subLen = value.length - beginIndex;
        if (subLen < 0) {
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(subLen);
        }
        return (beginIndex == 0) ? this : new String(value, beginIndex, subLen);
    }

这两个方法很好用

    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.
        if ((toffset < 0) || (toffset > value.length - pc)) {
            return false;
        }
        while (--pc >= 0) {
            if (ta[to++] != pa[po++]) {
                return false;
            }
        }
        return true;
    }

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

 endsWith是用startsWith实现的，只看名字有点搞笑。

--------------------------------------未完成，但是不想写了，觉得有点浪费时间---------------------------------------

 

 

参考材料：

http://blog.csdn.net/yihuiworld/article/details/13511925

http://www.2cto.com/kf/201401/272974.html#comment_iframe