【面试题】在面试中问到的 String 相关

逃离我推掉我的手 2022-09-07 03:58 210阅读 0赞

## 常见面试题 ##

*  为什么 String 类型要用 final 修饰？
 *  == 和 equals 的区别是什么？
 *  String 和 StringBuilder、StringBuffer 有什么区别？
 *  new String(“abc”) 创建了几个对象？
 *  String 的 intern() 方法有什么含义？

## 1、为什么 String 类型要用 final 修饰？ ##

从 String 类的源码我们可以看出 String 是被 final 修饰的不可继承类（Integer 等包装类也不能被继承）。

在 Java 8 中，String 内部使用 char 数组存储数据。

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
        ...
    }

在 Java 9 之后，String 类的实现改用 byte 数组存储字符串，同时使用 `coder` 来标识使用了哪种编码。

public final class String
        implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
        
        /** The value is used for character storage. */
        private final byte[] value;
    
        /** The identifier of the encoding used to encode the bytes in {@code value}. */
        private final byte coder;
        ...
    }

value 数组被声明为 final，这意味着 value 数组初始化之后就不能再引用其它数组。并且 String 内部没有改变 value 数组的方法，因此可以保证 String 不可变。

### 不可变的好处 ###

#### 1、String Pool 的需要 ####

如果一个 String 对象已经被创建过了，那么就会从 String Pool 中取得引用。只有 String 是不可变的，才可能使用 String Pool。

#### 2、缓存 hash 值 ####

因为 String 的 hash 值经常被使用，例如 String 用做 HashMap 的 key。不可变的特性可以使得 hash 值也不可变，因此只需要进行一次计算。

#### 3、安全性 ####

Java 在每个服务级别都提供了一个安全的环境，而 String 在维护整个安全方面至关重要。字符串已被广泛用作许多Java 类的参数，例如用于打开网络连接、在Java 中读取文件和目录以及用于打开数据库连接。如果 String 不是不可变的，那么它可能会带来严重的安全问题，例如

*  用户可能已授权访问系统中的特定文件，但在身份验证后，他/她可以将 PATH 更改为其他内容，这可能会导致严重的安全问题。
 *  在连接到数据库或网络中的任何其他机器时，改变 String 值可能会带来安全威胁。
 *  可变字符串也可能导致反射中的安全问题，因为参数是字符串。

#### 4、线程安全 ####

由于 String 是不可变的，它可以安全地在多个线程之间共享，这在多线程编程环境中非常重要，并且可以避免 Java 中的任何同步问题。不变性还使 String 实例线程安全，这意味着您不需要在外部同步 String 操作。关于 String 的另一个需要注意的重点是 SubString 引起的内存泄漏，这不是线程相关的问题，而是需要注意的事情。

### String 不可变或 final 的缺点 ###

由于 String 是不可变的，它会产生大量的临时使用和抛出对象，这给垃圾收集器带来了压力。Java 设计者已经考虑过，将 String 字面量存储在池中是他们减少 String 垃圾的解决方案。但是仍然必须小心创建 String 对象。此外，平均而言，Java 应用程序会生成过多的垃圾。由于String pool位于Java Heap的PermGen Space，与Java Heap相比非常有限，过多的String文字会很快填满这个空间，导致java.lang.OutOfMemoryError: PermGen Space。

## 2、== 和 equals 的区别是什么？ ##

== 对于基本数据类型来说，是用于比较 “值”是否相等的；而对于引用类型来说，是用于比较引用地址是否相同的。

## 3、String 和 StringBuilder、StringBuffer 有什么区别？ ##

**1. 可变性**

*  String 不可变
 *  StringBuffer 和 StringBuilder 可变

**2. 线程安全**

*  String 不可变，因此是线程安全的
 *  StringBuilder 不是线程安全的
 *  StringBuffer 是线程安全的，内部使用 synchronized 进行同步

[StackOverflow : String, StringBuffer, and StringBuilder][StackOverflow _ String_ StringBuffer_ and StringBuilder]

## 4、new String(“abc”) 创建了几个对象？ ##

使用这种方式一共会创建两个字符串对象（前提是 String Pool 中还没有 “abc” 字符串对象）。

*  “abc” 属于字符串字面量，因此编译时期会在 String Pool 中创建一个字符串对象，指向这个 “abc” 字符串字面量；
 *  而使用 new 的方式会在堆中创建一个字符串对象。

https://blog.csdn.net/wo541075754/article/details/108212654

## 5、String 的 intern() 方法有什么含义？ ##

这个intern方法经历了几代的优化，其作用就是，如果常量池中不存在这个字符串，就将字符串放入常量池，如果存在直接返回常量池中的这个字符串引用。利用intern方法能大大提高性能，例如在fastjson这个序列化库，就用了很多这个机制。因为字段名基本不变，所以通过将字段名动态缓存到常量池对性能提升很明显。  
对于这个常量池：

*  由于 Java 6 中使用固定的内存大小（PermGen）因此不要使用 String.intern() 方法
 *  Java7 和 8 在堆内存中实现字符串池。这以为这字符串池的内存限制等于应用程序的内存限制。  
    在 Java 7 和 8 中使用 -XX:StringTableSize 来设置字符串池 Map 的大小。它是固定的，因为它使用 HashMap 实现。近似于你应用单独的字符串个数（你希望保留的）并且设置池的大小为最接近的质数并乘以 2 （减少碰撞的可能性）。它是的 String.intern 可以使用相同（固定）的时间并且在每次插入时消耗更小的内存(同样的任务，使用java WeakHashMap将消耗4-5倍的内存)。
 *  在 Java 6 和 7（Java7u40以前） 中 -XX:StringTableSize 参数的值是 1009。Java7u40 以后这个值调整为 60013 （Java 8 中使用相同的值）

[深入解析String\#intern][String_intern]

### 拓展1：不可变对象 ###

为了满足不可变对象，Java语言要求遵守以下5条原则：

1.  类内部所有的字段都是final修饰的
2.  类内部所有的字段都是私有的，也就是private修饰
3.  类不能够被集合和拓展
4.  类不能对外提供那些能够修改内部状态的方法，setter方法也不行
5.  类内部的字段如果是引用，也就是说可以指向可变对象，但我们不能获取这个对象

从源码可以看出，String满足不可变对象的5条原则，源码解析：

1.  String类被final修饰，说明String类绝不可能被继承了，——也就是任何对String的操作方法，都不会被继承覆写。
2.  String 中保存数据的是一个char的数组value，同样也是被final修饰，——也就是value一旦被赋值，内存地址是绝对无法修改的
3.  value的权限是私有的，外部绝对访问不到
4.  String也没有开放出可以对value进行赋值的方法

综上，value一旦产生，内存地址就根本无法被修改。

### 拓展2：String常量池（String pool） ###

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。  
（1）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。  
（2）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。

在 Java 7 之前，String Pool 被放在运行时常量池中，它属于永久代。而在 Java 7，String Pool 被移到堆中。这是因为永久代的空间有限，在大量使用字符串的场景下会导致 OutOfMemoryError 错误。

详细参考：[触摸java常量池][java]

### 拓展3：String真的不可变吗？ ###

既然String是不可变的，好像内部还有很多substring， replace， replaceAll这些操作的方法。好像都是对String对象改变了，解释起来也很简单，我们每次的replace这些操作，其实就是在堆内存中创建了一个新的对象。然后我们的value指向不同的对象罢了。

在jdk1.8中，可通过反射改变 String：

String str = "Tyron";
    System.out.println("反射前：" + str);
    try {
        
        Field field = String.class.getDeclaredField("value");
        field.setAccessible(true);
        char[] value = (char[]) field.get(str);
        value[0] = 't';
    	System.out.println("反射后：" + str);
    } catch (NoSuchFieldException | IllegalAccessException e) {
        
    	e.printStackTrace();
    }

但在 Java9之后运行均会报错。

https://stackoverflow.com/questions/46454995/how-to-hide-warning-illegal-reflective-access-in-java-9-without-jvm-argument

## 参考 ##

[Why String is immutable or final in Java?][Why String is immutable or final in Java]

[JDK核心JAVA源码解析][JDK_JAVA]

[Java中的String为什么是不可变的？ – String源码分析][Java_String_ _ String]

[CS-Notes-String][]

[StackOverflow _ String_ StringBuffer_ and StringBuilder]: https://stackoverflow.com/questions/2971315/string-stringbuffer-and-stringbuilder
[String_intern]: https://tech.meituan.com/2014/03/06/in-depth-understanding-string-intern.html
[java]: https://www.cnblogs.com/iyangyuan/p/4631696.html
[Why String is immutable or final in Java]: http://newtechnobuzzz.blogspot.com/2014/07/why-string-is-immutable-or-final-in-java.html/
[JDK_JAVA]: https://cloud.tencent.com/developer/article/1811795
[Java_String_ _ String]: https://blog.csdn.net/zhangjg_blog/article/details/18319521
[CS-Notes-String]: http://www.cyc2018.xyz/Java/Java%20%E5%9F%BA%E7%A1%80.html#%E4%BA%8C%E3%80%81string