J2SE入門(三) String深度解析

工匠初心發表於2019-06-22

J2SE入門(三) String深度解析

String可以說是Java中使用最多最頻繁、最特殊的類，因為同時也是字面常量，而字面常量包括基本型別、String型別、空型別。

一. String的使用

1. String的不可變性

/**
 * The {@code String} class represents character strings. All
 * string literals in Java programs, such as {@code "abc"}, are
 * implemented as instances of this class.
 * <p>
 * Strings are constant; their values cannot be changed after they
 * are created. String buffers support mutable strings.
 * Because String objects are immutable they can be shared. For example:
 * ...
 */

public final class String { 
    private final char value[];
}

String物件一旦在堆中建立出來，就無法再修改。因為String物件放在char陣列中，該陣列由final關鍵字修飾，不可變。

2. 定義一個字串

/**
 * 定義一個字串
 */
String str1 = "helloworld";
String str2 = "helloworld";
//也可以,但基本不這樣寫
String str3 = new String("helloworld");
System.out.println(str1 == str2);
System.out.println(str1 == str3);

//執行結果 true, false

上面三句程式碼怎麼理解呢？這裡需要先引入一個概念，字串常量池。

字串常量池是一塊特殊的獨立記憶體空間，放在Java Heap中 { 在Jdk7.0之前字串常量池存放在PermGen中，Jdk7.0的時候移動到了Java Heap（在堆中仍然是獨立的），Jdk8.0的時候去掉了PermGen，用Metaspace進行取代 } ，Java記憶體模型不是本章討論的重點。

str1和str2引用的字串字面量就在字串常量池中，而str3引用的物件在Java Heap中。

怎麼，還不太好理解？舉個例子

工作一天，到下班時間了，準備看會兒金瓶.，算了，《三國演義》，開啟小說網站，線上閱讀；過了半個小時，女票回家了，看《三國演義》也是她想做的事兒，我看網址發給她，好，她也開始看了，再過半個小時，我爸回來了，他也是三國迷，但是他不喜歡線上看，因此在書店買了一本看。

上面提到的小說網站就是一個字串常量池，包含了很多字串字面量，如《三國演義》、《西遊記》、《紅樓夢》等，每個字串字面量在常量池中保持獨一份，無論誰進網站看《三國演義》都是同樣的網址和同樣的內容。

我和女票就是str1和str2，我們看的都是同一個網站的《三國演義》，不僅內容一樣，引用的地址也一樣（字串常量池中保留了唯一的“helloworld”），因此str1 == str2 執行結果為true

而我爸就是str3，與我和女票都不一樣，雖然看的內容也是《三國演義》，但是通過實體書籍來看，引用地址不一樣，同時一本書籍不支援多個人同時看（字串物件在java heap中，且每次new都會新建一個物件），因此str1 == str3 執行結果為false。

一個字串字面量總是引用String類的同一個例項，因為被String.intern()方法限定了，同樣我們可以呼叫該方法將堆中的String物件放到字串常量池中，這樣做可以提升記憶體使用效率，同時可以讓所用使用者共享唯一的例項。

System.out.println(str1 == str3.intern());
//執行結果為true

那麼該方法的實現邏輯是怎麼樣的呢，我們看一下原始碼

/** 
 * Returns a canonical representation for the string object. 
 * <p> 
 * A pool of strings, initially empty, is maintained privately by the 
 * class {@code String}. 
 * <p> 
 * When the intern method is invoked, if the pool already contains a 
 * string equal to this {@code String} object as determined by 
 * the {@link #equals(Object)} method, then the string from the pool is 
 * returned. Otherwise, this {@code String} object is added to the 
 * pool and a reference to this {@code String} object is returned. 
 * <p> 
 * It follows that for any two strings {@code s} and {@code t}, 
 * {@code s.intern() == t.intern()} is {@code true} 
 * if and only if {@code s.equals(t)} is {@code true}. 
 * <p> 
 * All literal strings and string-valued constant expressions are 
 * interned. String literals are defined in section 3.10.5 of the 
 * <cite>The Java&trade; Language Specification</cite>. 
 * 
 * @return  a string that has the same contents as this string, but is 
 *          guaranteed to be from a pool of unique strings. 
 */
 public native String intern();

我們發現這是一個native方法，看一下注釋，發現str3.intern()方法大致流程是：

當執行intern()時，會先判斷字串常量池中是否含有相同（通過equals方法）的字串字面量，如果有直接返回字串字面量；如果不含，則將該字串物件新增到字串常量池中，同時返回該物件在字串常量池的引用。

返回的引用需要賦值才可，否則還是會指向堆中的地址，即：

String str4 = new String("helloChina");
System.out.println(str4.intern() == str4);//false
str4 = str4.intern();
String str5 = "helloChina";
String str6 = "helloZhonghua"
System.out.println(str4 == str5);//true

下面我們看一下記憶體結構
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3. 再次賦值給已定義的字串

str6 = "helloHuaxia";

我們開始已經說了String是由final關鍵字修飾，不可變，那麼此時在記憶體中如何體現呢？

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4. String 對 “+” 的處理

String str7 = "good good" + " study";
String str8 = "good good study";
system.out.println(str7 == str8);

通過編譯工具後得到

String str7 = "good good study";
String str8 = "good good study";

因此我們可以發現編譯器在編譯期間就是進行變數合併，而不會在常量池中建立三個物件 “good good”，“ study”，"good good study"。str7 == str8 執行結果 true。

但如果這樣

String str9 = "good good ";
String str10 = str9 + "study";
system.out.println(str8 == str10);//false

這時執行結果為false，通過String變數 + 字元常量方式得到的結果會在堆中，不在常量池中，當然可以通過intern()方法放進常量池中，同時不僅“+”如此，呼叫substring()，toUpperCase()，trim()等返回的都是String在堆中的地址。

5. String常用的方法

//str1 == "hello,world ";

//獲取長度
str1.length()//12;

//擷取位置2到5之間的字串（包括位置2，不包括位置5，從0開始）
str1.substring(2,5);//"llo"

//判斷是否含有字串“ello”
str1.contains("ello");//true,通過indexOf實現

//獲取ello在str1中的開始位置
str1.indexOf("ello");//1

//將字串轉化為字串資料
str1.split(",");//["hello","world"]

//去掉字串兩側空格
str1.trim();//"hello,world"

二. 總結

本文從String的不可變性，String建立時字面量和String物件的不同，字串字面量常量池，字串的記憶體結構，常用的String相關方法的描述，若有不對之處，請批評指正，望共同進步，謝謝！

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