Java：String对象小记

对 Java 中的 String 对象，做一个微不足道的小小小小记

字节和字符的区别

字节 byte：

一个字节包含8个位(bit)，因此byte的取值范围为-128~127；
字节是存储容量的基本单位；

字符 char：

字符是数字、字母、汉字以及其他语言的各种符号；
Java 采用 unicode 来表示字符，Java 中的一个 char 是2个字节，一个中文或英文字符的 unicode 编码都占2个字节；
在 GB2312 编码或 GBK 编码中，一个英文字母字符存储需要1个字节，一个汉字字符存储需要2个字节；
在 UTF-8 编码中，一个英文字母字符存储需要1个字节，一个汉字字符储存需要3到4个字节；
在 UTF-16 编码中，一个英文字母字符存储需要2个字节，一个汉字字符储存需要3到4个字节（Unicode扩展区的一些汉字存储需要4个字节）；

String 常用方法

indexOf()：返回指定字符的索引

charAt()：返回指定索引处的字符

replace()：字符串替换

trim()：去除字符串两端空白

split()：分割字符串，返回一个分割后的字符串数组

getBytes()：返回字符串的 byte 类型数组

length()：返回字符串长度

toLowerCase()：将字符串转成小写字母

toUpperCase()：将字符串转成大写字符

substring()：截取字符串

equals()：字符串比较

这些方法还是挺好用的，特别是在刷题的时候

String 为不可变类

不可变类

类在被实例化之后，不可用被重新赋值，Java 提供的八个包装类和 String 类都是不可变类。

创建自定义不可变类需要遵守的规则：

使用 private 和 final 修饰成员变量。
提供带参构造方法，用于初始化成员变量。
不要为成员变量提供 setter 方法。
如果成员变量中有可变类时需要重写 Object 中的 hashCode 方法和 equals 方法。

String 部分源码

通过String的源码可以看到

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

}

可以看到 String 的本质是一个 char 数组，是对字符串数组的封装，并且是被 final 修饰的，创建后不可改变。

在 Java 中将 String 设计成不可变的是综合考虑到各种因素的结果。主要的原因主要有以下4点：

便于实现字符串池（String pool）：字符串常量池是 Java 堆内存中一个特殊的存储区域, 当创建一个 String 对象时，假如此字符串值已经存在于常量池中，则不会创建一个新的对象，而是引用已经存在的对象；

即在堆中有一个 StringTable，用于存放字符串常量，具体内容在JVM笔记中说明
加快字符串处理速度：由于 String 是不可变的，保证了 hashcode 的唯一性，于是在创建对象时其 hashcode就可以放心的缓存了，不需要重新计算。这也就是 Map 喜欢将 String 作为 Key 的原因，处理速度要快过其它的键对象。所以 HashMap 中的键往往都使用 String。
避免安全问题：String 被许多的 Java 类(库)用来当做参数，例如：网络连接地址 URL、文件路径 path、还有反射机制所需要的 String 参数等，假如 String 不是固定不变的，将会引起各种安全隐患。

使多线程安全：

// 下面的例子中可以看到：可变的 StringBuffer 参数就被改变了，而String传入的参数却未被修改

public class test {

    // 不可变的String

    public static String appendStr(String s) {

        s += "bbb";

        return s;

    }

    // 可变的StringBuilder

    public static StringBuilder appendSb(StringBuilder sb) {

        return sb.append("bbb");

    }

    public static void main(String[] args) {

        String s = new String("aaa");

        String ns = test.appendStr(s);

        System.out.println("String aaa>>>" + s.toString());  // String aaa>>>aaa

        // StringBuilder做参数

        StringBuilder sb = new StringBuilder("aaa");

        StringBuilder nsb = test.appendSb(sb);

        System.out.println("StringBuilder aaa >>>" + sb.toString());  // StringBuilder aaa >>>aaabbb

    }

}

所以 String 不可变的安全性就体现在这里。在并发场景下，多个线程同时读一个资源，是安全的，不会引发竞争，但对资源进行写操作时是不安全的，不可变对象不能被写，所以保证了多线程的安全。

String 对象创建的区别

创建方式1：String str = "i"

创建方式2：String str = new String("i")

上述两者创建方式是不一样的，因为内存的分配方式不一样。String str = "i" 的方式，Java 虚拟机会将其分配到常量池中；而 String str = new String("i") 则会被分到堆内存中。

public class StringTest {

    public static void main(String[] args) {

        String str1 = "abc";

        String str2 = "abc";

        String str3 = new String("abc");

        String str4 = new String("abc");

        System.out.println(str1 == str2);      // true

        System.out.println(str1 == str3);      // false

        System.out.println(str3 == str4);      // false

        System.out.println(str3.equals(str4)); // true

    }

}

进一步说明：

在执行 String str1 = "abc" 的时候，JVM 会首先检查字符串常量池中是否已经存在该字符串对象，如果已经存在，那么就不会再创建了，直接返回该字符串在字符串常量池中的内存地址；如果该字符串还不存在字符串常量池中，那么就会在字符串常量池中创建该字符串对象，然后再返回。所以在执行 String str2 = "abc" 的时候，因为字符串常量池中已经存在 “abc” 字符串对象了，就不会在字符串常量池中再次创建了，所以栈内存中 str1 和 str2 的内存地址都是指向 "abc" 在字符串常量池中的位置，所以 str1 == str2 的运行结果为 true。

而在执行 String str3 = new String("abc") 的时候，JVM 会首先检查字符串常量池中是否已经存在 “abc” 字符串，如果已经存在，则不会在字符串常量池中再创建了；如果不存在，则就会在字符串常量池中创建 "abc" 字符串对象，然后再到堆内存中再创建一份字符串对象，把字符串常量池中的 "abc" 字符串内容拷贝到内存中的字符串对象中，然后返回堆内存中该字符串的内存地址，即栈内存中存储的地址是堆内存中对象的内存地址。String str4 = new String("abc") 是在堆内存中又创建了一个对象，所以 str 3 == str4 运行的结果是 false。

补充：
String str5="ab"+"c";

System.out.println(str1 == str5);  // true
此时编译器做了相应的优化，先把字符串拼接，再在常量池中查找这个字符串是否存在，如果存在，则让变量直接引用该字符串，故 str5 也指向字符串常量区中的 'abc'。

String&StringBuilder&StringBuffer

执行效率：StringBuilder > StringBuffer > String

String最慢的原因：String 为字符串常量，而 StringBuilder 和 StringBuffer 均为字符串变量，即 String 对象一旦创建之后该对象是不可更改的，但后两者的对象是变量，是可以更改的。
线程安全：在线程安全上，StringBuilder 是线程不安全的，而 StringBuffer 是线程安全的

如果一个 StringBuffer 对象在字符串缓冲区被多个线程使用时，StringBuffer 中很多方法可以带有synchronized关键字，所以可以保证线程是安全的，但 StringBuilder 的方法则没有该关键字，所以不能保证线程安全，有可能会出现一些错误的操作。所以如果要进行的操作是多线程的，那么就要使用StringBuffer，但是在单线程的情况下，还是建议使用速度比较快的 StringBuilder。
StringBuffer 的补充：

说明：StringBuffer 中并不是所有方法都使用了 Synchronized 修饰来实现同步：
```
// 带关键字synchronized

@Override

public synchronized StringBuffer insert(int offset, Object obj) {

    toStringCache = null;

    super.insert(offset, String.valueOf(obj));

    return this;

}

// 不带关键字synchronized

@Override

public StringBuffer insert(int dstOffset, CharSequence s) {

 // Note, synchronization achieved via invocations of other StringBuffer methods

 // after narrowing of s to specific type

 // Ditto for toStringCache clearing

 super.insert(dstOffset, s);

 return this;

}
```
总结一下：

String：适用于少量的字符串操作的情况

StringBuilder：适用于单线程下在字符缓冲区进行大量操作的情况

StringBuffer：适用多线程下在字符缓冲区进行大量操作的情况

参考

https://www.cnblogs.com/wugongzi/p/11334052.html

https://www.php.cn/java/base/437469.html

https://www.cnblogs.com/wkfvawl/p/11693260.html

https://www.cnblogs.com/su-feng/p/6659064.html

https://www.cnblogs.com/nov5026/p/7248509.html

https://mp.weixin.qq.com/s/4E3xRXOVUQzccmP0yahlqA