深入分析Java的String类的方法与特点

字符串是任何编程语言都必须支持的变量类型，有些编程语言是直接提供了原生的变量类型，有些编程语言则使用语法特性以 SDK 的形式提供支持。在Java编程平台中，对字符串的支持使用了后者的形式，就是通过在 JDK中提供一个名为String的类，对应字符串这个变量类型。

源码分析

既然JDK中的String类对应了字符串变量类型，为了熟练地掌握Java中字符串相关的技能，我们必须深入地分析和研究一下这个类。编码界有一句名言叫做 “源码面前，了无秘密”，因此，我们第一步就是来看看String类的源码概括。重点部分摘录如下：

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

…

}

我们得出的几个重点是：

String类的底层使用 char 的数组保存数据。
String类是一个 final 类，不允许被继承。
String类是一个 immutable 类，该类的对象生成后，内容不会发生变化。该类中的所有返回String类型对象的成员方法都是返回一个新的String对象。

JVM内存模型

Java作为一门半编译半解释或者即编译又解释的编程语言，Java源码文件需要先被编译器编译成 ByteCode(字节码) 文件，然后在 JVM(Java虚拟机) 上解释执行。为了理解和掌握String类的特性，必须清楚地知道JVM的内存模型。对于字符串类型，也就是String类，JVM从编译源码到执行字节码的整个过程中，都做了特定的调整与优化，正是这些调整与优化造成了String类与对象的一些诡异特性。

关于JVM内存模型的分析与理解，可以参看我的另一篇文件或者通过其他的书籍与资料学习。与本文内容紧密相关的两个知识点总结如下：

JVM的内存模型中有一块区域名为 方法区, 用于存储加载的类信息、方法体和各种符号表。
方法区中有一块区域名为 常量区, 用于存储编译时和运行时的字符串常量。

方法剖析

String类作为对应字符串的类，该类中含有大量的方法用来完成字符串相关的构造、裁剪、拼接与替换等功能。具体而言，在 JDK8 时，该类中已经有多于80个方法，好在其中有大部分都是重载方法。我们应该按照他们的功能把他们分类如下：

方法名	功能	方法名	功能
String	构造	codePoint*	取值
length	长度	getChars	取值
isEmpty	判空	getBytes	取值
charAt	取值	equals	判等
compareTo*	比较	regionMatches	正则
startWith	判断	*indexOf	取值
substring	截取	concat	拼接
replace*	替换	matches	正则
contains	包含	split	分割
join	拼接	to*	转换
trim	去空格	format	格式化
*valueOf	转换	intern	获取

特性剖析

由于字符串类型的特殊性和频繁性，出于功能和效率的考虑，Java在处理字符串类型时，提供了几个重要的特性。

equals与==

对于 ==，如果作用与基本数据类型（byte、short、char、int、long、float、double、boolean）的变量,则比较的是其存储的“值”是否相等；如果作用与引用类型的变量，则比较其所指向的对象的地址是否相同（即是否同一个对象）。在Java中，String是引用类型。
String的 equals 方法继承自Java中的超级父类Object，Object的equals方法用来比较两个对象的引用是否相等（即是否同一个对象）。但是，String的equals方法不仅是简单地继承，而是进行了重写(Override)，用来比较两个String对象所存储的字符序列值是否相等。

创建方式

对于Java中的类而言，创建对象的方式一般有 5种。它们分别是 new 关键字、Class类的 newInstance 方法、Constructor类的 newInstance 方法、String对象的 clone方法、反序列化机制。但是String对象还有一种特殊的创建方式，就是通过使用 “ 或 ’ 包裹字符序列。现在，我们重点关注一下 new关键字 与 字符序列 这两种创建String对象的方式的异同。

我们直接以代码实例的方式来学习两种方式的优缺点。首先看代码片段一：

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);

建议思考得出答案后，再上机验证结果。正确的答案是 true、false、true、false、true、false。他们在JVM中的内存布局简图如下：

对照此图，答案就很清楚了。

编译优化

直接来看代码片段二：

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);

建议思考得出答案后，再上机验证结果。正确的答案是 true、true、true、true，希望没有出乎你的意料。背后的逻辑是Java编译器在编译源码时，对于编译时就可以确定的字符常量，包括字符序列和final字符变量，会自动进行拼接优化。

intern方法

String类中最诡异的一个方法就是 intern，还是先来看代码片段三：

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());

建议思考得出答案后，再上机验证结果。正确的答案是 true、true。背后的原理是：无论是字符串常量区中的String对象，还是堆内存中的String对象，它们的intern方法都是去JVM中的字符串常量区获取相等字符序列的String对象返回。上述代码片段的JVM内存布局简图如下：

对照此图，答案就很清楚了。

总结

本文通过从源码入手，再到方法和特性的分析，基本上覆盖了Java中String类的重点和难点。特别是其中的不可变特性与编译优化特性，更是在实际项目中和笔试面试题中经常遇到，还有就是intern方法的诡异性。当然了，String的这些特性也不是完美的，不可变特性在大量拼接字符串时就会带来性能的极大损耗，所以需要使用StringBuilder 类或者 StringBuffer 类来代替。另外，本文对于String类中的方法的具体功能与注意点都没有仔细分析，但需要读者熟练掌握，无论对于笔试面试还是实际工作都大有裨益。

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