Java总结篇系列：Java String

String作为Java中最常用的引用类型，相对来说基本上都比较熟悉，无论在平时的编码过程中还是在笔试面试中，String都很受到青睐，然而，在使用String过程中，又有较多需要注意的细节之处。

1.String是不可变类。

这句话其实大家都很熟悉了，那么具体什么是不可变类呢？一般认为：当对象一旦创建完成后，在正常情况下，对象的状态不会因外界的改变而改变（对象的状态是指对象的属性，包括属性的类型及属性值）。

首先看一个基本的例子：

String s = "abc";
System.out.println("s:" + s);  // 输出s:abc
s = "def";
System.out.println("s:" + s);  // 输出s:def

此时，初看上去，输出的结果变了，发现s的值发生了变化，那么这与上面的说法——String类是不可变类是否矛盾呢？答案是否定的，因为s只是指向堆内存中的引用，存储的是对象在堆中的地址，而非对象本身，s本身存储在栈内存中。

实际上，此时堆内存中依然存在着"abc"和"def"对象。对于"abc"对象本身而言，对象的状态是没有发生任何变化的。

那么为什么String类具有不可变性呢，显然，既然不可变说明String类中肯定没有提供对外可setters方法。接下来来具体看一下String类的定义。

下面是String类中主要属性的定义（Java 1.7源码）：

public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence{
    
    /** The value is used for character storage. */
    private final char value[];
    
    /** Cache the hash code for the string */
    private int hash; // Default to 0
    
}

与之前版本的Java String源码相比，String类减少了int offset 和 int count的定义。这样变化的结果主要体现在：

1.避免之前版本的String对象subString时可能引起的内存泄露问题；

2.新版本的subString时间复杂度将有O(1)变为O(n);

具体分析可见文章：

http://www.importnew.com/7656.html

http://www.importnew.com/14105.html

通过上面String类的定义，类名前面用了final class修饰，因此，String类不能被继承。对于其属性定义，可以看出，属性value[]和hash都是被定义成private类型，且由于没有提供对外的public setters方法，String类属性不可被改变。

其中，需要重点关注属性value[]，其被final char修饰，因此字符型数组value只会被赋值一次就不可修改。其存储内容正好是String中的单个字符内容。

 

2.String相关的 +

String中的 + 常用于字符串的连接。此处为了说明清楚这个问题，首先可以安装Eclipse 查看字节码插件ByteCode Outline。

在线安装网址： http://zipeditor.sourceforge.net/update/ Disabled。Help >> install new software >> 输入网址 >> 选择 bytecode outline >> ... ... 安装成功。

Window >> show view >> other >> java >> ByteCode即可在Eclipse下方面板栏中查看。

看下面一个简单的例子：

class D {

    public static void main(String[] args) {

        String a = "aa";
        String b = "bb";
        String c = "xx" + "yy " + a + "zz" + "mm" + b;
        System.out.println(c);
    }
}

编译运行后，点击ByteCode查看，主要字节码部分如下：

public static main([Ljava/lang/String;)V
   L0
    LINENUMBER 5 L0
    LDC "aa"
    ASTORE 1
   L1
    LINENUMBER 6 L1
    LDC "bb"
    ASTORE 2
   L2
    LINENUMBER 7 L2
    NEW java/lang/StringBuilder
    DUP
    LDC "xxyy "
    INVOKESPECIAL java/lang/StringBuilder.<init> (Ljava/lang/String;)V
    ALOAD 1
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.append (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
    LDC "zz"
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.append (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
    LDC "mm"
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.append (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
    ALOAD 2
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.append (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.toString ()Ljava/lang/String;
    ASTORE 3
   L3
    LINENUMBER 8 L3
    GETSTATIC java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;
    ALOAD 3
    INVOKEVIRTUAL java/io/PrintStream.println (Ljava/lang/String;)V
   L4
    LINENUMBER 9 L4
    RETURN
   L5
    LOCALVARIABLE args [Ljava/lang/String; L0 L5 0
    LOCALVARIABLE a Ljava/lang/String; L1 L5 1
    LOCALVARIABLE b Ljava/lang/String; L2 L5 2
    LOCALVARIABLE c Ljava/lang/String; L3 L5 3
    MAXSTACK = 3
    MAXLOCALS = 4
}

显然，通过字节码我们可以得出如下几点结论：

1.String中使用 + 字符串连接符进行字符串连接时，连接操作最开始时如果都是字符串常量，编译后将尽可能多的直接将字符串常量连接起来，形成新的字符串常量参与后续连接（通过反编译工具jd-gui也可以方便的直接看出）；

2.接下来的字符串连接是从左向右依次进行，对于不同的字符串，首先以最左边的字符串为参数创建StringBuilder对象，然后依次对右边进行append操作，最后将StringBuilder对象通过toString()方法转换成String对象（注意：中间的多个字符串常量不会自动拼接）。

也就是说

String c = "xx" + "yy " + a + "zz" + "mm" + b; 实质上的实现过程是： String c = new StringBuilder("xxyy").append(a).append("zz").append("mm").append(b).toString();

由于得出结论：当使用+进行多个字符串连接时，实际上是产生了一个StringBuilder对象和一个String对象。

 

 3.String中的常用方法

1).与String类中value[]数组存储直接相关的有:

int length(); // 返回String长度，亦即value[]数组长度；

char charAt(int index); // 返回指定位置字符；

int indexOf(int ch, int fromIndex); //从fromIndex位置开始，查找ch字符在字符串中首次出现的位置。fromIndex默认为0，ch直接传入字符即可。如'C'，区分大小写，未查找到返回-1；

char[] toCharArray() ;   // 将字符串转换成一个新的字符数组

2).与其他字符串即字串相关的方法有：

int indexOf(String str, int fromIndex) ;

与indexOf含义相反有lastIndexOf(..)，反向索引。

boolean contains(String str); //实际上 contains内部实现也是调用的indexOf，然后将其结果与-1相比较。

boolean startsWith(String str); // 判断字符串是否以str开头

boolean endsWith(String str); //.....是否以str结尾

String replace(CharSequence target, CharSequence replacement) ;  // 替换

String substring(int beginIndex,  int endIndex);  //字符串截取，不传第二个参数则表示直接截取到字符串末尾

String[] split(String regex);  // 字符串分割

 

4.String中的equals()与hashCode()

String类重写了Object类的equlas方法，使得比较字符串内容是否相等可以直接使用equlas方法。关于equals以及相应的hashCode方法参见博文《Java总结篇系列：java.lang.Object 》

 

5.String字符串常量池

JVM为了提高性能和减少内存开销，内部维护了一个字符串常量池，每当创建字符串常量时，JVM首先检查字符串常量池，如果常量池中已经存在，则返回池中的字符串对象引用，否则创建该字符串对象并放入池中。

因此下述结果返回true。

String a = "abc";
String b = "abc";
System.out.print(a == b); //true

但与创建字符串常量方式不同的是，当使用new String(String str)方式等创建字符串对象时，不管字符串常量池中是否有与此相同内容的字符串，都会在堆内存中创建新的字符串对象。

因此，下面代码片段有如下结果。

String a = "Hello";
String b = new String("Hello");
System.out.println(a == b);  //false
System.out.println(a.equals(b)); //true

即使字符串内容相同，字符串常量池中的字符串与通过new String(..)等方式创建的字符串对象之间没有直接的关系，但是，可以通过字符串的intern()方法找到此种关联。intern()方法返回字符串对象在字符串常量池中的对象引用，若字符串常量池中尚未有此字符串，则创建一新的字符串常量放置于池中。

于是，很据如上理解，很自然的，可以得到如下结果。

String a = "Hello";
System.out.println(a == a.intern()); //true

String b = new String("corn");
String c = b.intern();

System.out.println(b == c); //false

String d = "corn";

System.out.println(c == d); //true

 

6.String/StringBuilder/StringBuffer区别

String是不可变字符串对象，StringBuilder和StringBuffer是可变字符串对象（其内部的字符数组长度可变），StringBuffer线程安全，StringBuilder非线程安全。

 

7.既然String是不可变字符串对象，如何才能改变让其可变?

既然String对象中没有对外提供可用的public setters等方法，因此只能通过Java中的反射机制实现。因此，前文中说到的String是不可变字符串对象只是针对“正常情况下”。而非必然。

public static void stringReflection() throws Exception {

    String s = "Hello World";

    System.out.println("s = " + s); //Hello World

    //获取String类中的value字段
    Field valueField = String.class.getDeclaredField("value");

    //改变value属性的访问权限
    valueField.setAccessible(true);

    char[] value = (char[]) valueField.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
}

由此可见Java中反射的强大之处。