String详解
String对象的不可变原因，String对象的内存布局，及String对象之间的执行==，equals，+运算时的分析。
Author: Msuenb
Date: 2023-02-16
java.lang.String类代表字符串。String 对象用于保存字符串，也就是一组字符序列。字符串是常量，它们的值在创建后不能更改。
String 的特点
-
String 是 final 类，不能被其他的类继承
-
String 类实现了 Comparable 接口，String 对象可以比较大小
-
String 对象内部是用字符数组保存字符串内容的
JDK9之前是
private final char value[]数组，JDK9之后是 byte[] 数组"hello"等效于char[] value = {'h', 'e', 'l', 'l', 'o'} -
String 对象是不可变对象，一旦进行修改，就会产生新对象
注意：
- String 类的 char[] value 数组是 final 修饰的，说明 value 数组地址不可变，不是数组元素不可变
- 由于 value 数组是 private 的，所以在 String 类外无法直接修改 value 数组的元素值(除非用反射)
- String 类中的方法涉及到 value 数组长度变化，或修改元素值，都是用用新对象来表示修改后内容
final char[] value = {'h', 'e', 'l', 'l', 'o'}; // value = new char[5]; // value 的地址不可修改 value[0] = 'H'; // 可以修改 value 元素值 String str = "hello"; str = "world"; // 不会修改 "hello", 会在池中创建一个新的String对象接受 "world" str指向这个新对象 共会创建两个对象 -
String 对象不可变，可以共享（节省内存）。Java 中把需要共享的字符串常量对象存放在常量池中。
String s1 = "hello"; String s2 = "hello"; System.out.println(s1 == s2); // true // 内存中只有一个 "hello" 对象被创建，同时被s1和s2共享
创建String对象
总的来说，String 对象的创建方式有两种：直接赋值 和 使用构造器，这两种方式的机制是不一样的
- 直接赋值：
String str1 = "hello";- 先从常量池中查看是否有 "hello" 数据空间，如果有，直接指向；如果没有，重新创建，然后指向。
- str1 最终指向的是常量池的空间地址
- 调用构造器：
String str2 = new String("hello")- 先在堆中创建空间，里面维护了
char[] value属性。 - 如果常量池中有 "hello" 数据空间，value 直接指向 "hello" 空间；如果没有，重新创建，然后指向。
- str2 最终指向的是堆中的空间地址；value 才是指向常量池的空间地址
- 先在堆中创建空间，里面维护了
String 内存分析
针对下面两行代码分析 String 对象的创建过程和内存布局
String str1 = "hello";
String str2 = new String("hello");
String 内存布局：
String 对象创建过程：
String str1 = "hello";- 先去查看常量池中是否有 "hello" 数据空间，没有，创建 "hello" 数据空间
- 将 "hello" 数据空间的地址返回给 String 对象引用 str
String str2 = new String("hello");
3. 先在堆中开辟空间，里面维护了 value 属性，str2 指向这片空间
4. 检查常量池中是否有 "hello" 数据空间，有，value 直接指向 "hello" 数据空间
哪些字符串对象地址放入字符串常量池：
需要共享的字符串地址记录到字符串常量池的table表中，不需要共享的字符串对象其地址值不需要记录到字符串常量池的table表中。
除了以下2种，其他的都不放入字符串常量池：
1. "..." 字符串字面量
2. 字符串对象.intern()的结果
其他：
1. 直接new
2. valueOf，copyValueOf等
3. 字符串对象拼接：concat拼接 以及 +左右两边出现 非字符串字面量拼接
4. toUpperCase，toLowerCase，substring，repalce等各种String方法得到的字符串
其实下面这些方式，本质都是新new的，其地址都是指向堆空间。
String对象的创建形式
String对象的创建方式有两种，使用其它形式生成String对象，像valueOf()或toString()，它们在底层也是调用String的构造方法
-
直接赋值
String str = "hello"; -
构造方法
用于创建 String 对象的构造方法有很多，比较常用的有以下几个：
public String()：其表示创建空字符序列。String(String original)：其表示创建一个与参数相同的字符序列；也即新创建的字符串是该参数字符串的副本。public String(char[] value)：通过当前参数中的字符数组来构造新的String。public String(byte[] bytes)：通过使用默认字符集解码当前参数中的字节数组来构造新的String。也可以指定字符集
String str1 = new String(); // 创建一个空字符串 String str2 = new String("hello"); System.out.println(str1.equals("")); // true char[] value = {'h', 'e', 'l', 'l', 'o'}; // 字符数组 String str3 = new String(value); byte[] bytes = {104, 101, 108, 108, 111}; // 字节数组 String str5 = new String(bytes); // hello -
valueOf和copyValueOf方法：-
static String copyValueOf(char[] data)： 返回指定数组中表示该字符序列的 String
-
static String valueOf(char[] data) ： 返回指定数组中表示该字符序列的 String
-
static String valueOf(xx value)：xx支持各种数据类型，返回各种数据类型的value参数的字符串表示形式。
char[] data = {'h','e','l','l','o','j','a','v','a'}; String s1 = String.copyValueOf(data); String s2 = String.copyValueOf(data, 0, 5); // hello String s3 = String.valueOf(237); // 237 -
-
连接运算
+任意数据类型与"字符串"进行拼接，结果都是字符串类型
int num = 123456; String s = num + ""; Student stu = new Student(); String s2 = stu + ""; // 自动调用对象的toString()，然后与 "" 进行拼接 -
toString方法Object 类中声明了 toString() 方法，因此任意对象都可以调用 toString 方法，转为字符串类型。
LocalDate today = LocalDate.now(); String str = today.toString(); System.out.println(str);
String对象比较
== 与 equals
==：比较的是两个字符串对象的地址boolean equals(Object obj)方法：比较是两个字符串对象的内容（String 类重写了 equals 方法）
String str1 = "hello";
String str2 = "hello";
String str3 = new String("hello");
String str4 = new String("hello");1
System.out.println(str1 == str2); // true str1 和 str2 都指向池中 "hello" 数据空间
System.out.println(str1 == str3); // false str3 指向堆中
System.out.println(str1.equals(str3)); // true str1 与 str3 内容都是 "hello"
System.out.println(str3 == str4); // false str3 与 str3 指向堆中不同的内存空间
System.out.println(str3.equals(str4)); // true
System.out.println(str1 == str3.intern()); // true
System.out.println(str3 == str3.intern()); // false
// 常量池中存在 "hello" 数据空间 str2.intern() 返回 "hello" 的引用 与str1相同
intern() 方法说明：执行
str2.intern()时，会返回常量池中与 str2 内容相同的字符串常量的地址；若池中没有，则将 str2 添加到池中，并返回 str2 的引用
内存布局分析：
str1 和 str2 中的 value 都指向常量池中的 "hello" 数据空间，str1.value == str2.value。
compareTo方法
int compareTo(String str)方法：String 类型实现了 Comparable 接口， 重写了 compareTo 方法，即 String 对象支持自然排序。
int compareTo(String str) 方法按照字符的 Unicode 编码值进行比较大小的
@Test
public void test07() {
String[] arr = {"java","linux","hadoop","hive","shell","flink","spark"};
Arrays.sort(arr);
System.out.println(Arrays.toString(arr));
}
+ 与 concat 的区别
拼接两个字符串的方式有两种：连接运算符+ 和concat()方法
String str1 = "hello,";
String str2 = "world";
String str3 = str1 + str2;
String str4 = str1.concat(str2);
System.out.println(str3); // helloworld
System.out.println(str4); // helloworld
-
str1 + str2："..."字符串字面量拼接，编译器直接优化为拼接后的字符串常量值。如，"abc" + "def"优化等价于"abcdef"- 非
"..."字符串字面量拼接，编译器优化为 StringBuilder 的 append 方法，然后再把结果 toString。
String str1 = "hello"; String str2 = "world"; String str3 = "helloworld"; String str4 = str1 + str2; // 非 "..." 字符串字面量拼接 String str5 = str1 + "world"; // 非 "..." 字符串字面量拼接 String str6 = "hello" + "world"; // "..." 字符串字面量拼接 等价于: String str6 = "helloworld"; System.out.println(str3 == str4); // false System.out.println(str3 == str5); // false System.out.println(str3 == str6); // true现在使用
debug方式追一下String str5 = str1 + "world";的执行过程，如下：-
先创建一个 StringBuilder 对象 sb，容量为16，初始为空。
-
执行
sb.append("hello");
-
执行
sb.append("world");
-
调用
sb.toString();方法，返回 String 对象
最后 str5 会指向堆中的 String 对象，value[] 指向常量池中的 "helloworld" 数据空间。
注意：final String str1 = "hello"; // 此时 str1 完全等价于"hello"
final String s1 = "hello";//此时s1完全等价于"hello" final String s2 = "world";//此时s2完全等价于"world" String s3 = "helloworld"; String s4 = s1 + s2; String s5 = s1 + "world"; String s6 = "hello" + "world"; System.out.println(s3 == s4);//true System.out.println(s3 == s5);//true System.out.println(s3 == s6);//true -
str1.concat(str2)：只要拼接的不是空字符串，每次都 new 一个 StringString str1 = "hello"; String str2 = "world"; String str3 = "helloworld"; String str4 = str1.concat(str2); // str2 不是空串 创建一个新对象接受连接后的内容 String str5 = str1.concat("world"); String str6 = "hello".concat("world"); System.out.println(str3 == str4); // false System.out.println(str3 == str5); // false System.out.println(str3 == str6); // falseconcat(String)方法源码：
可变字符序列
因为 String 对象是不可变对象，虽然可以共享常量对象，但是对于频繁字符串的修改和拼接操作，效率极低。因此 Java 提供了可变字符序列 StringBuilder 和 StringBuffer 类型。
-
StringBuffer：线程安全的（方法有 synchronized 修饰） -
StringBuilder：线程不安全的
StringBuffer和StringBuilder
StringBuffer 与 StringBuilder 最大区别就是在于 StringBuffer 是线程安全的，支持多线程访问；StringBuilder是线程不安全的，在单线程下使用。
StringBuilder 的效率要高于 StringBuffer，通常情况先建议使用 StringBuilder，但在要求线程安全的情况下需要使用String Buffer。
其他方面 StringBuffer 与 StringBuilder 相似：
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StringBuffer 和 StringBuilder 都是 final 类，不能被继承
-
StringBuffer 和 StringBuilder 都继承自 AbstractStringBuilder，有属性
char[] value，用于存放字符串内容，由于 value 不是 final 类型，因此 value 数组里的内容存放在堆空间，而不是常量池。
-
StringBuffer 和 StringBuilder 都不用每次都需要创建新对象，所有效高于 String
-
StringBuffer 和 StringBuilder 有相同扩容机制：初始容量默认
capacity = str.length + 16，每次扩容为capacity = 2 * capacity + 2
常用的API，StringBuilder、StringBuffer是完全一致的：
-
StringBuffer append(xx)：拼接，追加
-
StringBuffer insert(int index, xx)：在 [index] 位置插入 xx
-
StringBuffer deleteCharAt(int index)：删除[index]位置字符
-
void setCharAt(int index, xx)：替换[index]位置字符
-
StringBuffer reverse()：反转
-
int indexOf(String str)：在当前字符序列中查询str的第一次出现下标
@Test
public void test1(){
StringBuilder s = new StringBuilder();
s.append("hello").append(true).append('a').append(12).append("world");
System.out.println(s);
System.out.println(s.length());
}
@Test
public void test2(){
StringBuilder s = new StringBuilder("helloworld");
s.insert(5, "java");
System.out.println(s);
}
@Test
public void test3(){
StringBuilder s = new StringBuilder("helloworld");
s.deleteCharAt(4);
System.out.println(s);
}
@Test
public void test4(){
StringBuilder s = new StringBuilder("helloworld");
s.reverse();
System.out.println(s);
}
@Test
public void test5(){
StringBuilder s = new StringBuilder("helloworld");
s.setCharAt(2, 'a');
System.out.println(s);
}
@Test
public void test6(){
StringBuilder s = new StringBuilder("helloworld");
int index = s.indexOf("owo");
System.out.println(index);
}
String，StringBuffer，StringBuilder效率测试
import org.junit.jupiter.api.Test;
public class EfficiencyTest {
@Test
public void test() {
long start = System.currentTimeMillis();
stringTest();
// stringBufferTest();
// stringBuilderTest();
long end = System.currentTimeMillis();
long memory = Runtime.getRuntime().totalMemory() - Runtime.getRuntime().freeMemory();
System.out.println("String拼接+用时：" + (end - start));
System.out.println("String拼接+占用内存: " + memory);
// String StringBuffer StringBuilder
// time 5986 5 3
// memory 57263088 43127632 43127912
}
public void stringTest() {
String str = new String("0");
for (int i = 0; i < 50000; i++) {
str += i;
}
}
public void stringBufferTest() {
StringBuffer sb = new StringBuffer("0");
for (int i = 0; i < 50000; i++) {
sb.append(i);
}
}
public void stringBuilderTest() {
StringBuilder sb = new StringBuilder("0");
for (int i = 0; i < 50000; i++) {
sb.append(i);
}
}
}
