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标题: Java中的这些String特性可能需要了解下 [打印本页]

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作者: 商道如狼道    时间: 2024-5-20 11:12
标题: Java中的这些String特性可能需要了解下
先总结下，String类具有以下特性：

• 不可变性（Immutable）：String对象一旦创建就不能被修改。任何对String对象的操纵都会返回一个新的String对象，原始对象保持稳定。
  
• 字符串表（String Table）：StringTable表是一种存储字符串常量的内存区域，它可以提高字符串的重用率和性能。在创建字符串时，如果字符串已经存在于池中，则返回池中的字符串对象，否则会创建一个新的字符串对象并放入池中。
  
• 值通报：在Java中，String对象是通过值通报的方式通报的。这意味着当将一个字符串通报给方法或赋值给另一个变量时，实际上通报的是字符串的副本而不是原始字符串对象。
  

下文将详细阐明这些特性。
本文基于JDK17阐明。
不可变性（Immutable）

String的不可变性指的是一旦创建了String对象，它的值就不能被修改。
这意味着在任何对String对象进行操纵时，都会返回一个新的String对象，而原始对象的值保持稳定。
这种特性有助于保护数据的同等性，并且在多线程环境下也更加安全。
下面是一个示例来阐明String的不可变性：

1. public class ImmutableStringExample {
2.     public static void main(String[] args) {
3.         String original = "Hello";
4.         String modified = original.concat(", World!");
5.         
6.         System.out.println("Original string: " + original);
7.         System.out.println("Modified string: " + modified);
8.     }
9. }

复制代码

输出结果为：

1. Original string: Hello
2. Modified string: Hello, World!

复制代码

在这个例子中，虽然使用了 concat 方法对原始字符串进行了修改，但是原始字符串 original 的值并没有改变。相反，concat 方法返回了一个新的字符串对象，此中包含了修改后的值。
此中concat函数的主要代码如下：

1. @ForceInline
2. static String simpleConcat(Object first, Object second) {
3.     String s1 = stringOf(first);
4.     String s2 = stringOf(second);
5.     if (s1.isEmpty()) {
6.         // 直接返回s2参数
7.         return new String(s2);
8.     }
9.     if (s2.isEmpty()) {
10.         // 直接返回s1参数
11.         return new String(s1);
12.     }
13.     // start "mixing" in length and coder or arguments, order is not
14.     // important
15.     long indexCoder = mix(initialCoder(), s1);
16.     indexCoder = mix(indexCoder, s2);
17.     byte[] buf = newArray(indexCoder);
18.     // prepend each argument in reverse order, since we prepending
19.     // from the end of the byte array
20.     indexCoder = prepend(indexCoder, buf, s2);
21.     indexCoder = prepend(indexCoder, buf, s1);
22.     // 返回新建的String对象
23.     return newString(buf, indexCoder);
24. }

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String的不可变性对于计划具有很多长处。

• 提供了一种简单且安全的数据结构，由于任何时候都可以确信一个String对象的值不会在不经意间被改变。
  
• 由于String是不可变的，所以它们可以被安全地共享，而不必担心在共享的过程中被修改。
  
• String的不可变性也有助于提高字符串操纵的性能，由于它可以避免频仍的复制和重建字符串对象。
  

String的不可变性使得它在Java中成为一种简单、安全且高效的数据结构。
不可变性怎么保证的

String 的不可变性是通过类的计划、内部实现和方法计划来保证的，这种不可变性使得 String 对象在多线程环境下更加安全，并且可以被方便地共享和重用。
String 的不可变性是通过以下几种方式来保证的：

• String 类的计划：String 类被计划为 final 类，这意味着它不能被继承，也就是说无法创建 String 的子类来修改其行为。如许就防止了通过继承来修改 String 类的方法来改变其不可变性。
  
• String 对象的内部实现：String 对象内部使用字节数组 byte[] 来存储字符串的值，而且这个字节数组是被声明为 final 的，即不可修改。一旦一个 String 对象被创建，它的值就会被存储在这个字节数组中，而且这个值是无法被修改的。也没对外提供get、set方法。
  
• String 类的方法：String 类中的方法都被计划成不会修改原始对象的值，而是返回一个新的 String 对象，此中包含了修改后的值。好比，对于字符串连接操纵 concat()、子串提取 substring()、巨细写转换 toUpperCase() 和 toLowerCase() 等方法，都会返回一个新的 String 对象，而不会修改原始字符串。
  

如下是String对象的部分源码，可以看到value和对象都被final修饰。

1. public final class String
2.     implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence,
3.                Constable, ConstantDesc {
4.     @Stable
5.     private final byte[] value;
6.     // ...
7. }

复制代码

值通报

在Java中，String对象的通报是通过值通报（pass by value）进行的。
这意味着在将String对象通报给方法或赋值给另一个变量时，通报的是对象的副本而不是对象本身。
当你将一个String对象通报给方法时，实际上通报的是对象的引用的副本，而不是对象本身。这意味着方法内部的操纵不会影响原始的String对象，由于它们操纵的是副本。
下面是一个示例来阐明String的值通报：

1. public class StringValuePassingExample {
2.     public static void main(String[] args) {
3.         String original = "Hello";
4.         modifyString(original);
5.         System.out.println("Original string after method call: " + original);
6.     }
8.     public static void modifyString(String str) {
9.         str = str + ", World!";
10.         System.out.println("Modified string inside method: " + str);
11.     }
12. }

复制代码

输出结果为：

1. Modified string inside method: Hello, World!
2. Original string after method call: Hello

复制代码

在这个例子中，虽然在 modifyString 方法内部对 str 进行了修改，但原始的 original 字符串并没有受到影响。这是由于在方法调用时，通报的是 original 字符串的副本，而不是原始对象本身。
因此，在方法内部对 str 的任何修改都不会影响原始的 original 字符串。
字符串存储在StringTable

StringTable是一种特殊的内存区域，用于存储字符串常量。
当创建字符串时，如果该字符串已经存在于StringTable中，则直接返回对该字符串的引用，而不会创建新的字符串对象；如果该字符串不在StringTable中，则会创建一个新的字符串对象，并将其添加到StringTable中。
如果字符串是动态创建的，好比通过new、concat、substring、toUpperCase动态创建的会放到堆内存中。
StringTable、字符串、堆的表示图如下所示：

StringTable的计划有几个主要缘故原由：

• 节省内存空间：由于字符串常常是应用程序中使用的不可变的常量，因此可以被多个字符串引用。通过StringTable，可以确保相同的字符串常量在内存中只有一份拷贝，从而节省内存空间。
  
• 提高性能：由于字符串常量在内存中只有一份拷贝，所以可以通过比较字符串的引用所在来比较字符串的内容，而不必比较字符串的实际内容，如许可以提高比较字符串的效率。
  
• 保证字符串的唯一性：通过StringTable，可以确保在应用程序中使用的字符串常量是唯一的，这有助于减少由于字符串拼接等操纵而引起的错误。
  
• 方便字符串的共享和重用：由于StringTable中的字符串常量是唯一的，因此可以方便地共享和重用字符串常量，从而提高应用程序的性能和效率。
  

字符串比拼

1. import java.util.HashMap;
3. public class StringTableDemo {
4.     public static void main(String[] args) {
5.         String str1 = "abc";
6.         String str2 = new String("abc");
7.         System.out.println(str1 == str2);//false
8.         String str3 = new String("abc");
9.         System.out.println(str3 == str2);//false
10.         String str4 = "a" + "b";
11.         System.out.println(str4 == "ab");//true
12.         String s1 = "a";
13.         String s2 = "b";
14.         String str6 = s1 + s2;
15.         System.out.println(str6 == "ab");//false
16.         String str7 = "abc".substring(0, 2);
17.         System.out.println(str7 == "ab");//false
18.         String str8 = "abc".toUpperCase();
20.         System.out.println(str8 == "ABC");//false
21.         String s5 = "a";
22.         String s6 = "abc";
23.         String s7 = s5 + "bc";
24.         System.out.println(s6 == s7.intern());//true
25.     }
26. }

复制代码

通过以上的例子可以总结出以下规律：

• 单独使用""引号创建的字符串都是常量，编译期就已经确定存储到StringPool中。
  
• 使用new String("")创建的对象会存储到heap中，是运行期新创建的。
  
• 使用只包含常量的字符串连接符如"aa"+"bb"创建的也是常量，编译期就能确定已经存储到StringPool中。
  
• 使用包含变量的字符串连接如"aa"+s创建的对象是运行期才创建的，存储到heap中。
  
• 运行期调用String的intern()方法可以向String Pool中动态添加对象。
  

关于作者

来自全栈程序员nine的探索与实践，连续迭代中。
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