深入分析Java的String類的方法與特點

字元串是任何編程語言都必須支持的變數類型，有些編程語言是直接提供了原生的變數類型，有些編程語言則使用語法特性以 SDK 的形式提供支持。在Java編程平台中，對字元串的支持使用了後者的形式，就是通過在 JDK中提供一個名為String的類，對應字元串這個變數類型。

源碼分析

既然JDK中的String類對應了字元串變數類型，為了熟練地掌握Java中字元串相關的技能，我們必須深入地分析和研究一下這個類。編碼界有一句名言叫做 「源碼面前，了無秘密」，因此，我們第一步就是來看看String類的源碼概括。重點部分摘錄如下：

public final class String implements java.io.Serializable, Comparable, 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

…

}

我們得出的幾個重點是：

1. String類的底層使用 char 的數組保存數據。

2. String類是一個 final 類，不允許被繼承。

3. String類是一個 immutable 類，該類的對象生成後，內容不會發生變化。該類中的所有返回String類型對象的成員方法都是返回一個新的String對象。

JVM內存模型

Java作為一門半編譯半解釋或者即編譯又解釋的編程語言，Java源碼文件需要先被編譯器編譯成 ByteCode(位元組碼) 文件，然後在 JVM(Java虛擬機) 上解釋執行。為了理解和掌握String類的特性，必須清楚地知道JVM的內存模型。對於字元串類型，也就是String類，JVM從編譯源碼到執行位元組碼的整個過程中，都做了特定的調整與優化，正是這些調整與優化造成了String類與對象的一些詭異特性。

關於JVM內存模型的分析與理解，可以參看我的另一篇文件或者通過其他的書籍與資料學習。與本文內容緊密相關的兩個知識點總結如下：

1. JVM的內存模型中有一塊區域名為 方法區, 用於存儲載入的類信息、方法體和各種符號表。

2. 方法區中有一塊區域名為 常量區, 用於存儲編譯時和運行時的字元串常量。

方法剖析

String類作為對應字元串的類，該類中含有大量的方法用來完成字元串相關的構造、裁剪、拼接與替換等功能。具體而言，在 JDK8 時，該類中已經有多於80個方法，好在其中有大部分都是重載方法。我們應該按照他們的功能把他們分類如下：

特性剖析

由於字元串類型的特殊性和頻繁性，出於功能和效率的考慮，Java在處理字元串類型時，提供了幾個重要的特性。

equals與==

1. 對於 ==，如果作用與基本數據類型（byte、short、char、int、long、float、double、boolean）的變數,則比較的是其存儲的「值」是否相等；如果作用與引用類型的變數，則比較其所指向的對象的地址是否相同（即是否同一個對象）。在Java中，String是引用類型。

2. String的 equals 方法繼承自Java中的超級父類Object，Object的equals方法用來比較兩個對象的引用是否相等（即是否同一個對象）。但是，String的equals方法不僅是簡單地繼承，而是進行了重寫(Override)，用來比較兩個String對象所存儲的字元序列值是否相等。

創建方式

對於Java中的類而言，創建對象的方式一般有 5種。它們分別是 new 關鍵字、Class類的 newInstance 方法、Constructor類的 newInstance 方法、String對象的 clone方法、反序列化機制。但是String對象還有一種特殊的創建方式，就是通過使用 「 或 』 包裹字元序列。現在，我們重點關注一下 new關鍵字 與 字元序列 這兩種創建String對象的方式的異同。

我們直接以代碼實例的方式來學習兩種方式的優缺點。首先看代碼片段一：

String strA = 「www.tiantianbianma.com」;

String strB = new String(「www.tiantianbianma.com」);

String strC = new String(「www.tiantianbianma.com」);

System.out.println(strA.equals(strB));

System.out.println(strA == strB);

System.out.println(strA.equals(strC));

System.out.println(strA == strC);

System.out.println(strB.equal(strC));

System.out.println(strB == strC);

建議思考得出答案後，再上機驗證結果。正確的答案是 true、false、true、false、true、false。他們在JVM中的內存布局簡圖如下：

對照此圖，答案就很清楚了。

編譯優化

直接來看代碼片段二：

final String str = 「ma.com」;

String strA = 「www.tiantianbianma.com」;

String strB = 「wwww.tiantian」 + 「bianma.com」;

String strC = 「www.tiantianbian」 + str;

System.out.println(strA.equals(strB));

System.out.println(strA == strB);

System.out.println(strA.equals(strC));

System.out.println(strA == strC);

建議思考得出答案後，再上機驗證結果。正確的答案是 true、true、true、true，希望沒有出乎你的意料。背後的邏輯是Java編譯器在編譯源碼時，對於編譯時就可以確定的字元常量，包括字元序列和final字元變數，會自動進行拼接優化。

intern方法

String類中最詭異的一個方法就是 intern，還是先來看代碼片段三：

String strA = 「www.tiantianbianma.com」;

String strB = new String(「www.tiantianbianma.com」);

System.out.println(strA.intern().equals(strB.intern()));

System.out.println(strA.intern() == strB.intern());

建議思考得出答案後，再上機驗證結果。正確的答案是 true、true。背後的原理是：無論是字元串常量區中的String對象，還是堆內存中的String對象，它們的intern方法都是去JVM中的字元串常量區獲取相等字元序列的String對象返回。上述代碼片段的JVM內存布局簡圖如下：

對照此圖，答案就很清楚了。

總結

本文通過從源碼入手，再到方法和特性的分析，基本上覆蓋了Java中String類的重點和難點。特別是其中的不可變特性與編譯優化特性，更是在實際項目中和筆試面試題中經常遇到，還有就是intern方法的詭異性。當然了，String的這些特性也不是完美的，不可變特性在大量拼接字元串時就會帶來性能的極大損耗，所以需要使用StringBuilder 類或者 StringBuffer 類來代替。另外，本文對於String類中的方法的具體功能與注意點都沒有仔細分析，但需要讀者熟練掌握，無論對於筆試面試還是實際工作都大有裨益。

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