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字串操作毫無疑問是計算機程式設計中最常見的行為之一，在 Java 大展拳腳的 Web 系統中更是如此。
全文脈絡思維導圖如下：
1. 三劍客之首：不可變的 String
概述
Java 沒有內建的字串型別， 而是在標準 Java 類庫中提供了一個預定義類 String。每個用雙引號括起來的字串都是 String 類的一個例項：
String e = ""; // 空串
String str = "hello";
看一下 String 的原始碼，在 Java 8 中，String 內部是使用 char 陣列來儲存資料的。
public final class String
implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
/** The value is used for character storage. */
private final char value[];
}
可以看到，
String類是被final修飾的，因此String類不允許被繼承。
而在 Java 9 之後，String 類的實現改用 byte 陣列儲存字串，同時使用 coder 來標識使用了哪種編碼。
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;
}
不過，無論是 Java 8 還是 Java 9，用來儲存資料的 char 或者 byte 陣列 value 都一直是被宣告為 final 的，這意味著 value 陣列初始化之後就不能再引用其它陣列了。並且 String 內部沒有改變 value 陣列的方法，因此我們就說 String 是不可變的。
所謂不可變，就如同數字 3 永遠是數字 3 —樣，字串 “hello” 永遠包含字元 h、e、1、1 和 o 的程式碼單元序列， 不能修改其中的任何一個字元。當然， 可以修改字串變數 str， 讓它引用另外一個字串， 這就如同可以將存放 3 的數值變數改成存放 4 一樣。
我們看個例子：
String str = "asdf";
String x = str.toUpperCase();
toUpperCase 用來將字串全部轉為大寫字元，進入 toUpperCase 的原始碼我們發現，這個看起來會修改 String 值的方法，實際上最後是建立了一個全新的 String 物件，而最初的 String 物件則絲毫未動。
空串與 Null
空串 "" 很好理解，就是長度為 0 的字串。可以呼叫以下程式碼檢查一個字串是否為空：
if(str.length() == 0){
// todo
}
或者
if(str.equals("")){
// todo
}
空串是一個 Java 物件， 有自己的串長度（ 0 ) 和內容（空），也就是 value 陣列為空。
String 變數還可以存放一個特殊的值， 名為 null，這表示目前沒有任何物件與該變數關聯。要檢查一個字串是否為 null，可如下判斷：
if(str == null){
// todo
}
有時要檢查一個字串既不是 null 也不為空串，這種情況下就需要使用以下條件：
if(str != null && str.length() != 0){
// todo
}
有同學就會覺得，這麼簡單的條件判斷還用你說？沒錯，這雖然簡單，但仍然有個小坑，就是我們必須首先檢查 str 是否為 null，因為如果在一個 null 值上呼叫方法，編譯器會報錯。
字串拼接
上面既然說到 String 是不可變的，我們來看段程式碼，為什麼這裡的字串 a 卻發生了改變？
String a = "hello";
String b = "world";
a = a + b; // a = "helloworld"
實際上，在使用 + 進行字串拼接的時候，JVM 是初始化了一個 StringBuilder 來進行拼接的。相當於編譯後的程式碼如下：
String a = "hello";
String b = "world";
StringBuilder builder = new StringBuilder();
builder.append(a);
builder.append(b);
a = builder.toString();
關於 StringBuilder 下文會詳細講解，大家現在只需要知道 StringBuilder 是可變的字串型別就 OK 了。我們看下 builder.toString() 的原始碼：
顯然，toString方法同樣是生成了一個新的 String 物件，而不是在舊字串的內容上做更改，相當於把舊字串的引用指向的新的String物件。這也就是字串 a 發生變化的原因。
另外，我們還需要了解一個特性，當將一個字串與一個非字串的值進行拼接時，後者被自動轉換成字串（任何一個 Java 物件都可以轉換成字串）。例如：
int age = 13;
String rating = "PG" + age; // rating = "PG13"
這種特性通常用在輸出語句中。例如：
int a = 12;
System.out.println("a = " + a);
結合上面這兩特性，我們來看個小問題，空串和 null 拼接的結果是啥？
String str = null;
str = str + "";
System.out.println(str);
答案是 null 大家應該都能猜出來，但為什麼是 null 呢？上文說過，使用 + 進行拼接實際上是會轉換為 StringBuilder 使用 append 方法進行拼接，編譯後的程式碼如下：
String str = null;
str = str + "";
StringBuilder builder = new StringBuilder();
builder.append(str);
builder.append("");
str = builder.toString();
看下 append 的原始碼：
可以看出，當傳入的字串是 null 時，會呼叫 appendNull 方法，而這個方法會返回 null。
檢測字串是否相等
可以使用 equals 方法檢測兩個字串是否相等。比如：
String str = "hello";
System.out.println("hello".equals(str)); // true
equals 其實是 Object 類中的一個方法，所有的類都繼承於 Object 類。講解 equals 方法之前，我們先來回顧一下運算子 == 的用法，它存在兩種使用情況：
- 對於基本資料型別來說，
==比較的是值是否相同； - 對於引用資料型別來說，
==比較的是記憶體地址是否相同。
舉個例子：
String str1 = new String("hello");
String str2 = new String("hello");
System.out.println(str1 == str2); // false
對 Java 中資料儲存區域仍然不明白的可以先回去看看第一章《萬物皆物件》。對於上述程式碼，str1 和 str2 採用建構函式 new String() 的方式新建了兩個不同字串，以 String str1 = new String("hello"); 為例，new 出來的物件存放在堆記憶體中，用一個引用 str1 來指向這個物件的地址，而這個物件的引用 str1 存放在棧記憶體中。str1 和 str2 是兩個不同的物件，地址不同，因此 == 比較的結果也就為 false。
而實際上，Object 類中的原始 equals 方法內部呼叫的還是運算子 ==，判斷的是兩個物件是否具有相同的引用（地址），和 == 的效果是一樣的：
也就是說，如果你新建的類沒有覆蓋 equals 方法，那麼這個方法比較的就是物件的地址。而 String 方法覆蓋了 equals 方法，我們來看下原始碼：
可以看出，String 重寫的 equals 方法比較的是物件的內容，而非地址。
總結下 equals()的兩種使用情況：
- 情況 1：類沒有覆蓋
equals()方法。則通過equals()比較該類的兩個物件時，等價於通過==比較這兩個物件（比較的是地址）。 - 情況 2：類覆蓋了
equals()方法。一般來說，我們都覆蓋equals()方法來判斷兩個物件的內容是否相等，比如String類就是這樣做的。當然，你也可以不這樣做。
舉個例子：
String a = new String("ab"); // a 為一個字串引用
String b = new String("ab"); // b 為另一個字串引用,這倆物件的內容一樣
if (a.equals(b)) // true
System.out.println("aEQb");
if (a == b) // false，不是同一個物件，地址不同
System.out.println("a==b");
字串常量池
字串 String 既然作為 Java 中的一個類，那麼它和其他的物件分配一樣，需要耗費高昂的時間與空間代價，作為最基礎最常用的資料型別，大量頻繁的建立字串，將會極大程度的影響程式的效能。為此，JVM 為了提高效能和減少記憶體開銷，在例項化字串常量的時候進行了一些優化：
- 為字串開闢了一個字串常量池 String Pool，可以理解為快取區
- 建立字串常量時，首先檢查字串常量池中是否存在該字串
- 若字串常量池中存在該字串，則直接返回該引用例項，無需重新例項化；若不存在，則例項化該字串並放入池中。
舉個例子：
String str1 = "hello";
String str2 = "hello";
System.out.printl（"str1 == str2" : str1 == str2 ) //true
對於上面這段程式碼，String str1 = "hello";， 編譯器首先會在棧中建立一個變數名為 str1 的引用，然後在字串常量池中查詢有沒有值為 "hello" 的引用，如果沒找到，就在字串常量池中開闢一個地址存放 "hello" 這個字串，然後將引用 str1 指向 "hello"。
需要注意的是，字串常量池的位置在 JDK 1.7 有所變化：
- JDK 1.7 之前，字串常量池存在於常量儲存（Constant storage）中
- JDK 1.7 之後，字串常量池存在於堆記憶體（Heap）中。
另外，我們還可以使用 String 的 intern() 方法在執行過程中手動的將字串新增到 String Pool 中。具體過程是這樣的：
當一個字串呼叫 intern() 方法時，如果 String Pool 中已經存在一個字串和該字串的值相等，那麼就會返回 String Pool 中字串的引用；否則，就會在 String Pool 中新增一個新的字串，並返回這個新字串的引用。
看下面這個例子：
String str1 = new String("hello");
String str3 = str1.intern();
String str4 = str1.intern();
System.out.println(str3 == str4); // true
對於 str3 來說，str1.intern() 會先在 String Pool 中檢視是否已經存在一個字串和 str1 的值相等，沒有，於是，在 String Pool 中新增了一個新的值和 str1 相等的字串，並返回這個新字串的引用。
而對於 str4 來說，str1.intern() 在 String Pool 中找到了一個字串和 str1 的值相等，於是直接返回這個字串的引用。因此 s3 和 s4 引用的是同一個字串，也就是說它們的地址相同，所以 str3 == str4 的結果是 true。
? 總結：
-
String str = "i"的方式，java 虛擬機器會自動將其分配到常量池中； -
String str = new String(“i”)則會被分到堆記憶體中。可通過 intern 方法手動加入常量池
new String("hello") 建立了幾個字串物件
下面這行程式碼到底建立了幾個字串物件？僅僅只在堆中建立了一個？
String str1 = new String("hello");
顯然不是。對於 str1 來說，new String("hello") 分兩步走：
- 首先，"hello" 屬於字串字面量，因此編譯時期會在 String Pool 中查詢有沒有值為 "hello" 的引用，如果沒找到，就在字串常量池中開闢地址空間建立一個字串物件，指向這個 "hello" 字串字面量；
- 然後，使用
new的方式又會在堆中建立一個字串物件。
因此，使用這種方式一共會建立兩個字串物件（前提是 String Pool 中還沒有 "hello" 字串物件）。
2. 雙生子：可變的 StringBuffer 和 StringBuilder
String 字串拼接問題
有些時候， 需要由較短的字串構建字串， 例如， 按鍵或來自檔案中的單詞。採用字串拼接的方式達到此目的效率比較低。由於 String 類的物件內容不可改變，所以每當進行字串拼接時，總是會在記憶體中建立一個新的物件。既耗時， 又浪費空間。例如：
String s = "Hello";
s += "World";
這段簡單的程式碼其實總共產生了三個字串，即 "Hello"、"World" 和 "HelloWorld"。"Hello" 和 "World" 作為字串常量會在 String Pool 中被建立，而拼接操作 + 會 new 一個物件用來存放 "HelloWorld"。
使用 StringBuilder/ StringBuffer 類就可以避免這個問題的發生，畢竟 String 的 + 操作底層都是由 StringBuilder 實現的。StringBuilder 和 StringBuffer 擁有相同的父類：
但是，StringBuilder 不是執行緒安全的，在多執行緒環境下使用會出現資料不一致的問題，而 StringBuffer 是執行緒安全的。這是因為在 StringBuffer 類內，常用的方法都使用了synchronized 關鍵字進行同步，所以是執行緒安全的。而 StringBuilder 並沒有。這也是執行速度 StringBuilder 大於 StringBuffer 的原因了。因此，如果在單執行緒下，優先考慮使用 StringBuilder。
初始化操作
StringBuilder 和 StringBuffer 這兩個類的 API 是相同的，這裡就以 StringBuilder 為例演示其初始化操作。
StringBuiler/StringBuffer 不能像 String 那樣直接用字串賦值，所以也不能那樣初始化。它需要通過構造方法來初始化。首先， 構建一個空的字串構建器：
StringBuilder builder = new StringBuilder();
當每次需要新增一部分內容時， 就呼叫 append 方法：
char ch = 'a';
builder.append(ch);
String str = "ert"
builder.append(str);
在需要構建字串 String 時呼叫 toString 方法， 就能得到一個 String 物件：
String mystr = builder.toString(); // aert
3. String、StringBuffer、StringBuilder 比較
| 可變性 | 執行緒安全 | |
|---|---|---|
| String | 不可變 | 因為不可變，所以是執行緒安全的 |
| StringBuffer | 可變 | 執行緒安全的，因為其內部大多數方法都使用 synchronized 進行同步。其效率較低 |
| StringBuilder | 可變 | 不是執行緒安全的，因為沒有使用 synchronized 進行同步，這也是其效率高於 StringBuffer 的原因。單執行緒下，優先考慮使用 StringBuilder。 |
關於 synchronized 保證執行緒安全的問題，我們後續文章再說。
? References
- 《Java 核心技術 - 卷 1 基礎知識 - 第 10 版》
- 《Thinking In Java（Java 程式設計思想）- 第 4 版》
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- 博主東南大學碩士在讀，利用課餘時間運營一個公眾號『 飛天小牛肉 』，2020/12/29 日開通，專注分享計算機基礎（資料結構 + 演算法 + 計算機網路 + 資料庫 + 作業系統 + Linux）、Java 基礎和麵試指南的相關原創技術好文。本公眾號的目的就是讓大家可以快速掌握重點知識，有的放矢。希望大家多多支援哦，和小牛肉一起成長 ?
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