Java基础类String学习分析

目录

• 1 String不可变性
• 2 不可变的好处
• 3 String+和StringBuilder效率差异
• 4 String, StringBuffer and StringBuilder
• 5 String与JVM内存管理
• 6 String api方法

1 String不可变性

1. String类被声明为 final，因此它不可被继承。
2. 内部使用char数组存储数据，该数组被声明为final，这意味着value数组初始化之后就不能再指向其它数组。
3. String内部没有改变value数组的方法
4. String类中所有修改String值的方法，如果内容没有改变，则返回原来的String对象引用，如果改变了，创建了一个全新的String对象，包含修改后的字符串内容，最初的String对象没有任何改变。（目的：节约存储空间、避免额外的开销）

//String的类声明以及value字段代码：
public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    private final char value[]; //字符数组存储String的内容
    /** Cache the hash code for the string */
    private int hash; // Default to 0
}

不可变的验证分析：

public class Immutable {
    public static String upcase(String s) {
        return s.toUpperCase();
    }
    public static void main(String[] args) {
        String q = "howdy";
        System.out.println(q); // howdy
        String qq = upcase(q);
        System.out.println(qq); // HOWDY
        System.out.println(q); // howdy
    }
} /* 输出:
    howdy
    HOWDY
    howdy
    *///:~

1. 当把q传给upcase0方法时，实际传递的是引用的一个拷贝。
2. upcase0方法中，传入引用s，只有upcase0运行的时候，局部引用s才存在。一旦upcase0运行结束，s就消失。upcaseO的返回值是最终结果的引用。
3. 综上，upcase()返回的引用已经指向了一个新的对象，而原本的q则还在原地。

延伸结论：

String对象作为方法的参数时，都会复制一份引用，参数传递是引用的拷贝

2 不可变的好处

1. 可以缓存 hash 值

String的hash值经常被使用，例如String用做HashMap的key。不可变的特性可以使得hash值也不可变，因此只需要进行一次计算。

2. String Pool 的需要

如果一个String对象已经被创建过了，那么就会从 String Pool 中取得引用。只有String是不可变的，才可能使用 String Pool。

3. 线程安全

String不可变性天生具备线程安全，可以在多个线程中安全地使用。

3 String+和StringBuilder效率差异

String使用“+”表示字符串拼接

先说结论：

1. “+”操作，javac编译器会自动优化为StringBuilder.append() 调用。
2. StringBuilder要比“+”操作高效
3. 涉及循环追加的，手动创建StringBuilder对象操作比“+”操作编译器优化，更高效

验证：

public class StringBuilderTest {
    public static void main(String[] args) {
        String s1 = "ABC";
        String s2 = "123";
        String result = s1+s2;
        System.out.println(result);
    }
}

编译并查看字节码：javap -verbose StringBuilderTest.class

执行过程：

调用了2次append()方法，最后调用StringBuilder.toString()返回最终结果

为什么StringBuilder要比+高效？

1. +操作，按照：每次追加都创建新的String对象，把字符加入value数组中。这里产生一次对象创建操作，以及对应的垃圾回收
2. StringBuilder的底层数组value也是用到了char[]，但它没有声明为final，故它可变，所以追加内容时不用创建新的数组，而是直接修改value
3. StringBuilder比+省去String对象创建以及垃圾回收的开销，因此效率更高。

源码追溯：

 //StringBuilder.append()
 @Override
    public StringBuilder append(char c) {
        super.append(c);
        return this;
    }
   // 父类 AbstractStringBuilder.append()
     @Override
    public AbstractStringBuilder append(char c) {
        ensureCapacityInternal(count + 1);
        value[count++] = c;
        return this;
    }
    //AbstractStringBuilder value 字段
    abstract class AbstractStringBuilder implements Appendable, CharSequence {
    //The value is used for character storage.
    char[] value; // 没有声明为final，因此value可变
    }

手动实现StringBuilder对象操作比编译器自行优化，更高效：

1. 通过字节码分析可知（我这里省去了，可以自己实现验证）：循环部分的代码更简短、更简单，而且它只生成了一个StringBuilder对象。
2. 显式地创建StringBuilder还允许你预先为其指定大小。如果你已经知道最终的字符串大概有多长，那预先指定StringBuilder的大小可以避免多次重新分配缓冲。

当你为一个类编写toString方法时，如果字符串操作比较简单，那就可以信赖编译
器，它会为你合理地构造最终的字符串结果。但是，如果你要在toString0方法中使用循环，那
么最好自己创建一个StringBuilder对象来实现。

4 String, StringBuffer and StringBuilder

可变性

1. String 不可变
2. StringBuffer和StringBuilder可变

线程安全

1. String不可变，因此是线程安全的
2. StringBuilder 不是线程安全的
3. StringBuffer 是线程安全的，内部使用synchronized进行同步

效率

1. 如果要操作少量的数据用String
2. 单线程环境且字符串缓冲区涉及大量数据 StringBuilder
3. 多线程环境且字符串缓冲区涉及大量数据 StringBuffer

5 String与JVM内存管理

一、引入字符串常量池

1. Javac编译后，字节码文件中有一块区域：常量池，存储了包括类中声明的字符串常量值等字面量
2. 运行时，JVM开辟实际内存空间：字符串常量值写入了字符串常量池，属于方法区的一部分。

案例1：

String s1 = "win";
String s2 = "win";
System.out.println(s1==s2);
//输出结果：true
//引用 s1  s2 的值等于win在字符串常量池的地址值

结论：

引用 s1 s2 的值等于win在字符串常量池的地址值

分析字节码的执行过程：

---

案例2：

public class StringPool {
    public static void main(String[] args) {
        String s3 = new String("win");
        String s4 = new String("win");
        System.out.println(s3==s4);//false
    }
}

结论：

通过new操作符创建的字符串对象不指向字符串池中的任何对象。

字节码分析：

综上：

public class StringPool {
    public static void main(String[] args) {
        String s1 = "win";
        String s2 = "win";
        String s3 = new String("win");
        String s4 = new String("win");

        System.out.println(s1==s2);//true
        System.out.println(s1==s3);//false
        System.out.println(s3==s4);//false
    }
}

6 String api方法

从这个表中可以看出，当需要改变字符串的内容时，String类的方法都会返回一个新的String对象。同时，如果内容没有发生改变，String的方法只是返回指向原对象的引用而已。这可以节约存储空间以及避免额外的开销。