JAVA基础String学习探究

川长思鸟来 2022-05-24 23:38 119阅读 0赞

### String ###

String是JAVA中最常用的对象，就是这样一个最常用最普通的对象，当你深入研究时却发现我们并不是真的很了解它，那么让我们一起来学习它吧！

因为String不可变的性质，因此Java内部实现了常量池。当一个String被创建时，会先去常量池查看有没有值相同的示例，有的话直接返回。节省了内存，加快了字符串的加载速度。不可变的对象也可以保证在并发中保持线程安全

### 特性 ###

*  字符串常量，实际上也是String对象
 *  所有不是通过new创建的String都是放在常量池中
 *  String类型的对象是不可变的
 *  String实现了CharSequence接口

### String对象创建方式 ###

String str1 = "abcd";
    String str2 = new String("abcd");

这两种不同的创建方法是有差别的，第一种方式是在常量池中拿对象，第二种方式是直接在堆内存空间创建一个新的对象。  
只要使用new方法，便需要创建新的对象

### 连接表达式+(加号) ###

1.  只有使用引号包含文本的方式创建的String对象之间使用“+”连接产生的新对象才会被加入字符串池中。
2.  对于所有包含new方式新建对象（包括null）的“+”连接表达式，它所产生的新对象都不会被加入字符串池中

String str1 = "str";
    String str2 = "ing";
    
    String str3 = "str" + "ing";
    String str4 = str1 + str2;
    System.out.println(str3 == str4);//false
    
    String str5 = "string";
    System.out.println(str3 == str5);//true

1、 Sting s; //定义了一个变量s，没有创建对象；
    2、 =    // 赋值，将某个对象的引用（句柄）赋给s ，没有创建对象；
    3、 “abc”    //创建一个对象；
    4、 new String(); // 创建一个对象。

### 常用方法 ###

*  length 返回字符串长度
 *  isEmpty 判断字符串是否为空
 *  charAt 根据索引位置获取char
 *  getChars 复制对应位置范围的char到数组中
 *  equals, equalsIgnoreCase 对比顺序依次为引用地址，char数组长度，char数组内容
 *  compareTo 对比字符串大小
 *  startsWith, endsWith 判断前后缀
 *  hashCode 计算hash值， 公式为s\[0\]\*31^(n-1) + s\[1\]\*31^(n-2) + … + s\[n-1\]
 *  indexOf 查找首次出现的位置
 *  lastIndexOf 查找最后出现的位置
 *  substring 返回子串（旧版本是返回一个引用在父串的一个新串，节省重新分配内存。但实际如果子串引用了一个占用极大的父串，会因为子串一直被使用导致父串没法被垃圾回收，新版本substring每次重新复制char数组）
 *  concat 拼接字符串（拼接char数组，重新创建字符串）
 *  replace 用新字符替换所有的旧字符（会先遍历一次char数组，寻找时候存在，再去替换，避免每次都要分配char数组）
 *  matches 判断是否符合正则 （复用Pattern.matches()方法）
 *  contains 判断是否包含子串（复用indexOf()方法）
 *  replaceFirst 只替换一次
 *  replaceAll 替换所有正则符合的地方
 *  split 按照正则分割字符串
 *  toLowerCase 返回小写
 *  toUpperCase 返回大写
 *  trim 去除前后空格
 *  toCharArray 重新复制char数组返回
 *  join(CharSequence delimiter, CharSequence… elements)
    
        String.join(",", "you", "bao", "luo");
        //out: you,bao,luo
 *  equals(Object anObject)

String.equals()代码逻辑：

1.  判断传入的对象与当前对象是否为同一个对象，如果是就直接返回true；
2.  判断传入的对象是否为String，若不是则返回false(如果为null也不成立)；
3.  判断传入的String与当前String长度是否一致，若不一致则返回false；
4.  循环对比两个字符串的char\[\]数组，逐个对比字符是否一致，若不一致则直接返回false；
5.  循环结束没有找到不匹配的则返回true；

JDK8源码：
    public boolean equals(Object anObject) {
        if (this == anObject) {
            return true;
        }
        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;
    }

*  intern()：naive方法，直接返回常量池中的引用

当调用intern()方法时，JVM会在常量池中通过equals()方法查找是否存在等值的String，如果存在则直接返回常量池中这个String对象的地址；如果不存在则会创建等值的字符串(即等值的char\[\]数组字符串，但是char\[\]是新开辟的一份拷贝空间)，然后再返回这个新创建空间的地址；

在常量池查找等值String时，通常不止一个字符串而是多个字符串因此效率会比较低，另外为保证唯一性，需要有锁的介入；

String str1 = "ab"；
    String str2 = new String("ab");
    System.out.println(str1== str2);//false
    System.out.println(str2.intern() == str1);//true
    
    System.out.println(str1== str2);//false
    str2 = str2.intern();
    System.out.println(str1== str2);//true

### 知识点 ###

*  在调用x.toString()的地方可以用”“+x替代；
 *  字符串的+拼接操作

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        String s = "a";
        String st = s + "b" + "c";
      }
    javap out====>
    Code:
      stack=3, locals=3, args_size=1
         0: ldc           #19 // String a
         2: astore_1
         3: new           #21 // class java/lang/StringBuilder
         6: dup
         7: aload_1
         8: invokestatic  #23 // Method java/lang/String.valueOf:(Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/String;
        11: invokespecial #29 // Method java/lang/StringBuilder."<init>":(Ljava/lang/String;)V
        14: ldc           #32 // String b
        16: invokevirtual #34 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
        19: ldc           #38 // String c
        21: invokevirtual #34 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
        24: invokevirtual #40 // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
        27: astore_2
        28: return

*  StringBuffer是线程安全操作

public synchronized StringBuffer append(String str) {
        toStringCache = null;
        super.append(str);
        return this;
      }

*  StringBuilder非线程安全  
    `public StringBuilder append(String str) { super.append(str); return this; }`

System.err.println("hello,world"); ##hello,world实际是String对象

### printf格式化输出 ###

![这里写图片描述][70]

**FAQ**  
1. String str1 = “abc”; System.out.println(str1 == “abc”);  
步骤：  
a> 栈中开辟一块空间存放引用str1；  
b> String池中开辟一块空间，存放String常量”abc”；  
c> 引用str1指向池中String常量”abc”；  
d> str1所指代的地址即常量”abc”所在地址，输出为true；

1.  String str2 = new String(“abc”); System.out.println(str2 == “abc”);  
    步骤：  
    a> 栈中开辟一块空间存放引用str2；  
    b> 堆中开辟一块空间存放一个新建的String对象”abc”；  
    c> 引用str2指向堆中的新建的String对象”abc”；  
    d> str2所指代的对象地址为堆中地址，而常量”abc”地址在池中，输出为false；  
    注意：对于通过new产生的对象，会先去常量池检查有没有 “abc”，如果没有，先在常量池创建一个 “abc” 对象，然后在堆中创建一个常量池中此 “abc” 对象的拷贝对象；
2.  String s2 = new String(“Hello”); 产生几个对象？  
    首先，在jvm的工作过程中，会创建一片的内存空间专门存入string对象。我们把这片内存空间叫做string池；  
    String s2 = new String(“Hello”);jvm首先在string池内里面看找不找到字符串”Hello”,如果找到不做任何事情；否则创建新的string对象，放到string池里面。由于遇到了new，还会在内存Heap上（不是string池里面）创建string对象存储”Hello”，并将内存上的（不是string池内的）string对象返回给s2。  
    Re: 如果常量池中原来没有“Hello”, 则创建两个对象。如果原来的常量池中存在“Hello”时，就是一个对象；
3.  其它

String str1 = "a"；  
    String str2 = "b"；  
    String str3 = str1 + "b"；  
    //str1 和 str2 是字符串常量，所以在编译期就确定了。 
    //str3 中有个 str1 是引用，所以不会在编译期确定。 
    //又因为String是 final 类型的，所以在 str1 + "b" 的时候实际上是创建了一个新的对象，在把新对象的引用传给str3
    
    final String str1 = "a"；  
    String str2 = "b"；  
    String str3 = str1 + "b"；  
    //这里和\(3\)的不同就是给 str1 加上了一个final，这样str1就变成了一个常量。 
    //这样 str3 就可以在编译期中就确定了

### 编译期优化 ###

编译器在编译期会针对字符串常量叠加得到固定值，字符串常量包括”hello”或用fianl修饰的变量，编译器认为这些常量是不可变的

### 编译器优化String常量连接 ###

示例一

String str = "hello" + "java" + 1;
    // 编译期编译器会直接编译为"hellojava1"
    #2 = String             #21            // hellojava1
    #21 = Utf8               hellojava1

示例二

public static final String A = "ab"; // 常量A
    public static final String B = "cd"; // 常量B
    public static void main(String[] args) {
         String s = A + B;  // 将两个常量用+连接对s进行初始化
         String t = "abcd";   
        if (s == t) {   
             System.out.println("s等于t，它们是同一个对象");   
         } else {   
             System.out.println("s不等于t，它们不是同一个对象");   
         }   
     }
    output ==> s等于t，它们是同一个对象

说明：A和B都是常量，值是固定的，因此s的值也是固定的，它在类被编译时就已经确定了。也就是说：String s=A+B; 等同于：String s=”ab”+”cd”;

示例三

public static final String A; // 常量A
    public static final String B;    // 常量B
    static {   
         A = "ab";   
         B = "cd";   
     }   
     public static void main(String[] args) {   
        // 将两个常量用+连接对s进行初始化 
         String s = A + B;   
         String t = "abcd";   
        if (s == t) {   
             System.out.println("s等于t，它们是同一个对象");   
         } else {   
             System.out.println("s不等于t，它们不是同一个对象");   
         }   
     }
    output ==> s不等于t，它们不是同一个对象

A和B虽然被定义为常量，但是它们都没有马上被赋值。在运算出s的值之前，他们何时被赋值，以及被赋予什么样的值，都是个变数。因此A和B在被赋值之前，性质类似于一个变量。那么s就不能在编译期被确定，而只能在运行时被创建了

### 循环内String加操作 ###

*  性能较低的代码：

public void  implicitUseStringBuilder(String[] values) {
      String result = "";
      for (int i = 0 ; i < values.length; i ++) {
          result += values[i];
      }
      System.out.println(result);
    }

编译后的字节码：

public void implicitUseStringBuilder(java.lang.String[]);
      Code:
         0: ldc           #11 // String
         2: astore_2
         3: iconst_0
         4: istore_3
         5: iload_3
         6: aload_1
         7: arraylength
         8: if_icmpge     38
        11: new           #5 // class java/lang/StringBuilder
        14: dup
        15: invokespecial #6 // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
        18: aload_2
        19: invokevirtual #7 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
        22: aload_1
        23: iload_3
        24: aaload
        25: invokevirtual #7 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
        28: invokevirtual #8 // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
        31: astore_2
        32: iinc          3, 1
        35: goto          5
        38: getstatic     #9 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
        41: aload_2
        42: invokevirtual #10 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
        45: return

其中8: if\_icmpge 38 和35: goto 5构成了一个循环；

8: if\_icmpge 38的意思是如果（i < values.length的相反结果）成立，则跳到第38行（System.out）。

35: goto 5则表示直接跳到第5行。

但是这里面有一个很重要的就是StringBuilder对象创建发生在循环之间，也就是意味着有多少次循环会创建多少个StringBuilder对象，这样明显性能较低

*  性能较高的代码

public void explicitUseStringBuider(String[] values) {
      StringBuilder result = new StringBuilder();
      for (int i = 0; i < values.length; i ++) {
          result.append(values[i]);
      }
    }

public void explicitUseStringBuider(java.lang.String[]);
      Code:
         0: new           #5 // class java/lang/StringBuilder
         3: dup
         4: invokespecial #6 // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
         7: astore_2
         8: iconst_0
         9: istore_3
        10: iload_3
        11: aload_1
        12: arraylength
        13: if_icmpge     30
        16: aload_2
        17: aload_1
        18: iload_3
        19: aaload
        20: invokevirtual #7 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
        23: pop
        24: iinc          3, 1
        27: goto          10
        30: return

从上面可以看出，`13: if_icmpge 30`和`27: goto 10`构成了一个loop循环，而`0: new #5`位于循环之外，所以不会多次创建StringBuilder.

> 注意：循环体中需要尽量避免隐式或者显式创建StringBuilder

### 不可变的String ###

String对象是不可变的。 String类中每一个看起来会修改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

String str1 = "java";
    String str2 = "java";
    System.out.println\("str1=str2 " + \(str1 == str2\)\);

在代码中，可以创建同一个String对象的多个别名，而它们所指的对象是相同的，一直待在一个单一的物理位置上

### 重载“+” ###

> 在Java中，唯一被重载的运算符就是用于String的“+”与“+=”。除此之外，Java不允许程序员重载其他的运算符

public class StringTest {
        String a = "abc";
        String b = "mongo";
        String info = a + b + 47;
    }

String对象是不可变的，所以在上述的代码过程中可能会是这样工作的：

1.  “abc” + “mongo”创建新的String对象abcmongo；
2.  “abcmongo” + “47”创建新的String对象abcmongo47；
3.  引用info 指向最终生成的String；

但是这种方式会生成一大堆需要垃圾回收的中间对象，性能相当糟糕

***编译器的优化处理***

Compiled from "StringTest.java"
    public class StringTest {
      java.lang.String a;
    
      java.lang.String b;
    
      java.lang.String info;
    
      public StringTest();
        Code:
           0: aload_0
           1: invokespecial #12                 // Method java/lang/Object."<init>":
    ()V
           4: aload_0
           5: ldc           #14                 // String abc
           7: putfield      #16                 // Field a:Ljava/lang/String;
          10: aload_0
          11: ldc           #18                 // String mongo
          13: putfield      #20                 // Field b:Ljava/lang/String;
          16: aload_0
          17: new           #22                 // class java/lang/StringBuilder
          20: dup
          21: aload_0
          22: getfield      #16                 // Field a:Ljava/lang/String;
          25: invokestatic  #24                 // Method java/lang/String.valueOf:(
    Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/String;
          28: invokespecial #30                 // Method java/lang/StringBuilder."<
    init>":(Ljava/lang/String;)V 31: aload_0 32: getfield #20 // Field b:Ljava/lang/String; 35: invokevirtual #33 // Method java/lang/StringBuilder.ap pend:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; 38: bipush 47 40: invokevirtual #37 // Method java/lang/StringBuilder.ap pend:(I)Ljava/lang/StringBuilder; 43: invokevirtual #40 // Method java/lang/StringBuilder.to String:()Ljava/lang/String; 46: putfield #44 // Field info:Ljava/lang/String; 49: return }

反编译以上代码会发现，编译器自动引入了StringBuilder类。  
编译器创建了一个StringBuilder对象，并调用StringBuilder.append()方法，最后调用toString()生成结果，从而避免中间对象的性能损耗

### 字符串常量池的设计思想 ###

*  字符串的分配，和其他的对象分配一样，耗费高昂的时间与空间代价，作为最基础的数据类型，大量频繁的创建字符串，极大程度地影响程序的性能
 *  JVM为了提高性能和减少内存开销，在实例化字符串常量的时候进行了一些优化  
    
    
     *  为字符串开辟一个字符串常量池，类似于缓存区
     *  创建字符串常量时，首先坚持字符串常量池是否存在该字符串
     *  存在该字符串，返回引用实例，不存在，实例化该字符串并放入池中
 *  实现的基础  
    
    
     *  实现该优化的基础是因为字符串是不可变的，可以不用担心数据冲突进行共享
     *  运行时实例创建的全局字符串常量池中有一个表，总是为池中每个唯一的字符串对象维护一个引用,这就意味着它们一直引用着字符串常量池中的对象，所以，在常量池中的这些字符串不会被垃圾收集器回收
 *  常量池的好处：常量池是为了避免频繁的创建和销毁对象而影响系统性能，其实现了对象的共享。例如字符串常量池，在编译阶段就把所有的字符串文字放到一个常量池中；  
    
    
     *  节省内存空间：常量池中所有相同的字符串常量被合并，只占用一个空间；
     *  节省运行时间：比较字符串时，==比equals()快。对于两个引用变量，只用==判断引用是否相等，也就可以判断实际值是否相等

### 字符串常量池存储位置 ###

***字符串常量池则存在于方法区***

String str1 = “abc”;
    String str2 = “abc”;
    String str3 = “abc”;
    String str4 = new String(“abc”);
    String str5 = new String(“abc”);

![这里写图片描述][70 1]

参考资料  
[http://rednaxelafx.iteye.com/blog/774673][http_rednaxelafx.iteye.com_blog_774673]

[70]: /images/20220525/6c2aba28089d448f82227213d493accc.png
[70 1]: /images/20220525/e670dacda9c94df4a606295f32273e8d.png
[http_rednaxelafx.iteye.com_blog_774673]: http://rednaxelafx.iteye.com/blog/774673