String源码学习笔记

谁践踏了优雅 2022-05-30 00:56 269阅读 0赞

1、public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence
    
    2、两个重要字段
    /** The value is used for character storage. */
    private final char value[];
    
    /** Cache the hash code for the string */
    private int hash; // Default to 0
    
    3、简单方法
    public int length() {
        return value.length;
    }
    
    public boolean isEmpty() {
        return value.length == 0;
    }
    
    public char charAt(int index) {
        if ((index < 0) || (index >= value.length)) {
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(index);
        }
        return value[index];
    }
    
    4、String中常调用的方法
    public static native void arraycopy(Object src,  int  srcPos,
                                            Object dest, int destPos,
                                            int length);
    
    5、equals方法首先判断原对象和待比较对象是否是同一个对象，若是直接返回true；否则再判断待比较对象是否是String类型的，若是再依次比较两个String对象内部的value数组是否一致。
    contentEquals方法也可以用来比较String对象内容序列的异同，但也存在差异。equals方法只适用于判断String对象，而contentEquals方法只要求另一个对象是CharSequence或其子类的对象。
    public boolean equals(Object anObject) {
            if (this == anObject) {
                return true;
            }
            if (anObject instanceof String) {
                String anotherString = (String)anObject;
                int n = value.length;
                if (n == anotherString.value.length) {
                    char v1[] = value;
                    char v2[] = anotherString.value;
                    int i = 0;
                    while (n-- != 0) {
                        if (v1[i] != v2[i])
                            return false;
                        i++;
                    }
                    return true;
                }
            }
            return false;
    }
    
    public boolean contentEquals(CharSequence cs) {
            // Argument is a StringBuffer, StringBuilder
            if (cs instanceof AbstractStringBuilder) {
                if (cs instanceof StringBuffer) {
                    synchronized(cs) {
                       return nonSyncContentEquals((AbstractStringBuilder)cs);
                    }
                } else {
                    return nonSyncContentEquals((AbstractStringBuilder)cs);
                }
            }
            // Argument is a String
            if (cs instanceof String) {
                return equals(cs);
            }
            // Argument is a generic CharSequence
            char v1[] = value;
            int n = v1.length;
            if (n != cs.length()) {
                return false;
            }
            for (int i = 0; i < n; i++) {
                if (v1[i] != cs.charAt(i)) {
                    return false;
                }
            }
            return true;
    }
    6、compareTo方法逐位比较两个字符串每个字符，若不相等返回两个字符的ASCII差值，若直到lim处也相等，返回两字符串长度的差值。
    public int compareTo(String anotherString) {
            int len1 = value.length;
            int len2 = anotherString.value.length;
            int lim = Math.min(len1, len2);
            char v1[] = value;
            char v2[] = anotherString.value;
    
            int k = 0;
            while (k < lim) {
                char c1 = v1[k];
                char c2 = v2[k];
                if (c1 != c2) {
                    return c1 - c2;
                }
                k++;
            }
            return len1 - len2;
    }
    
    7、忽略大小写的compareToIgnoreCase方法，内部定义了一个静态内部类，该类含有一个忽略大小写的compare方法。为什么要转换大写比较之后还要转换成小写比较? 因为在某些字母里面，例如格鲁吉亚字母表，转换大写是无效的，只能通过再次比较小写来判断。
    public int compareToIgnoreCase(String str) {
            return CASE_INSENSITIVE_ORDER.compare(this, str);
    }
    
    public static final Comparator<String> CASE_INSENSITIVE_ORDER
                                     = new CaseInsensitiveComparator();
    
    private static class CaseInsensitiveComparator
                implements Comparator<String>, java.io.Serializable{
            public int compare(String s1, String s2) {
                int n1 = s1.length();
                int n2 = s2.length();
                int min = Math.min(n1, n2);
                for (int i = 0; i < min; i++) {
                    char c1 = s1.charAt(i);
                    char c2 = s2.charAt(i);
                    if (c1 != c2) {
                        c1 = Character.toUpperCase(c1);
                        c2 = Character.toUpperCase(c2);
                        if (c1 != c2) {
                            c1 = Character.toLowerCase(c1);
                            c2 = Character.toLowerCase(c2);
                            if (c1 != c2) {
                                return c1 - c2;
                            }
                        }
                    }
                }
                return n1 - n2;
        }
    }
    
    8、忽略大小写的equalsIgnoreCase方法
    public boolean equalsIgnoreCase(String anotherString) {
        return (this == anotherString) ? true
         : (anotherString != null)
         && (anotherString.value.length == value.length)
         && regionMatches(true, 0, anotherString, 0, value.length);
    }
    
    public boolean regionMatches(boolean ignoreCase, int toffset,
                String other, int ooffset, int len) {
            char ta[] = value;
            int to = toffset;
            char pa[] = other.value;
            int po = ooffset;
    
            if ((ooffset < 0) || (toffset < 0)
                    || (toffset > (long)value.length - len)
                    || (ooffset > (long)other.value.length - len)) {
                return false;
            }
            while (len-- > 0) {
                char c1 = ta[to++];
                char c2 = pa[po++];
                if (c1 == c2) {
                    continue;
                }
                if (ignoreCase) {
                    char u1 = Character.toUpperCase(c1);
                    char u2 = Character.toUpperCase(c2);
    
    
                  if (u1 == u2) {
                        continue;
                 }
                 if (Character.toLowerCase(u1) ==                                               Character.toLowerCase(u2)) {
                     continue;
                 }
             }
             return false;
        }
        return true;
    }
    
    9、startsWith方法，endWith方法巧妙地利用了startWith方法。
    public boolean startsWith(String prefix) {
        return startsWith(prefix, 0);
    }
    
    public boolean startsWith(String prefix, int toffset) {
            char ta[] = value;
            int to = toffset;
            char pa[] = prefix.value;
            int po = 0;
            int pc = prefix.value.length;
            // Note: toffset might be near -1>>>1.
            if ((toffset < 0) || (toffset > value.length - pc)) {
                return false;
            }
            while (--pc >= 0) {
                if (ta[to++] != pa[po++]) {
                    return false;
                }
            }
            return true;
    }
    
    public boolean endsWith(String suffix) {
        return startsWith(suffix, value.length - suffix.value.length);
    }
    
    10、hashCode方法。
    字符串s的hashCode计算公式，n为字符串s的长度
    s[0]*31^(n-1) + s[1]*31^(n-2) + ... + s[n-1]
    
    public int hashCode() {
            int h = hash;
            if (h == 0 && value.length > 0) {
                char val[] = value;
    
                for (int i = 0; i < value.length; i++) {
                    h = 31 * h + val[i];
                }
                hash = h;
            }
            return h;
    }
    
    11、substring方法。对于substring(int beginIndex)方法，若是beginIndex为0，则不会生成新的String对象，否则调用该方法会产生新的String对象；同理，对于substring(int beginIndex, int endIndex)，除非要生成的String对象和原对象一致，否则会生成新的String对象。
    public String substring(int beginIndex) {
        if (beginIndex < 0) {
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(beginIndex);
        }
        int subLen = value.length - beginIndex;
        if (subLen < 0) {
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(subLen);
        }
        return (beginIndex == 0) ? this : new String(value, beginIndex, subLen);
    }
    
    public String substring(int beginIndex, int endIndex) {
        if (beginIndex < 0) {
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(beginIndex);
        }
        if (endIndex > value.length) {
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(endIndex);
        }
        int subLen = endIndex - beginIndex;
        if (subLen < 0) {
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(subLen);
        }
        return ((beginIndex == 0) && (endIndex == value.length)) ?                   this: new String(value, beginIndex, subLen);
    }
    
    subSequence方法内部也是调用的substring方法
    public CharSequence subSequence(int beginIndex, int endIndex){
        return this.substring(beginIndex, endIndex);
    }
    
    12、concat方法。若参数str为空字符串，则不会生成新的String对象，否则会调用构造函数生成新的String对象。
    public String concat(String str) {
            int otherLen = str.length();
            if (otherLen == 0) {
                return this;
            }
            int len = value.length;
            //先将原字符串的内容拷贝至buf数组
            char buf[] = Arrays.copyOf(value, len + otherLen);
            //再将str中的内容追加到buf数组中 
            str.getChars(buf, len);
            return new String(buf, true);
    }
    
    public static char[] copyOf(char[] original, int newLength) {
            char[] copy = new char[newLength];
            System.arraycopy(original, 0, copy, 0,
                             Math.min(original.length, newLength));
            return copy;
    }
    
    void getChars(char dst[], int dstBegin) {
        System.arraycopy(value, 0, dst, dstBegin, value.length);
    }
    
    13、replace方法。如果oldChar等于newChar，返回this当前对象，否则会生成新的String对象。先找到第一个相等的下标i, i之前的全部复制到新的buf数组，i及i之后的判断再赋值，之后以该buf数组生成新的String对象。
    public String replace(char oldChar, char newChar) {
            if (oldChar != newChar) {
                int len = value.length;
                int i = -1;
                char[] val = value; /* avoid getfield opcode */
    
                while (++i < len) {
                    if (val[i] == oldChar) {
                        break;
                    }
                }
                if (i < len) {
                    char buf[] = new char[len];
                    for (int j = 0; j < i; j++) {
                        buf[j] = val[j];
                    }
                    while (i < len) {
                        char c = val[i];
                        buf[i] = (c == oldChar) ? newChar : c;
                        i++;
                    }
                    return new String(buf, true);
                }
            }
            return this;
    }
    
    14、contains方法
    public boolean contains(CharSequence s) {
        return indexOf(s.toString()) > -1;
    }
    
    14、join方法，加分隔符，delimiter是分隔符
    public static String join(CharSequence delimiter,                                                    CharSequence... elements) {
        Objects.requireNonNull(delimiter);
        Objects.requireNonNull(elements);
        StringJoiner joiner = new StringJoiner(delimiter);
        for (CharSequence cs: elements) {
            joiner.add(cs);
        }
        return joiner.toString();
    }
    
    public static <T> T requireNonNull(T obj) {
        if (obj == null)
            throw new NullPointerException();
        return obj;
    }
    
    15、trim方法，去除首尾ASCII码小于空格的字符，若需要去除字符，则也是生成新的String对象。
    public String trim() {
        int len = value.length;
        int st = 0;
        char[] val = value;    /* avoid getfield opcode */
    
        while ((st < len) && (val[st] <= ' ')) {
            st++;
        }
        while ((st < len) && (val[len - 1] <= ' ')) {
            len--;
        }
        return ((st > 0) || (len < value.length)) ? substring(st, len) : this;
    }
    
    16、toString方法
    public String toString() {
        return this;
    }
    
    17、toCharArray方法
    public char[] toCharArray() {
        // Cannot use Arrays.copyOf because of class initialization order issues
        char result[] = new char[value.length];
        System.arraycopy(value, 0, result, 0, value.length);
        return result;
    }
    
    18、重载的valueOf方法
    public static String valueOf(Object obj) {
        return (obj == null) ? "null" : obj.toString();
    }
    
    public static String valueOf(char data[]) {
        return new String(data);
    }
    
    public static String valueOf(boolean b) {
        return b ? "true" : "false";
    }
    
    public static String valueOf(int i) {
        return Integer.toString(i);
    }
    
    19、 intern方法
    public native String intern();
    直接使用双引号声明出来的String对象会直接存储在常量池中。如果不是用双引号声明的String对象，可以使用String提供的intern方法。intern 方法会从字符串常量池中查询当前字符串是否存在，若不存在就会将当前字符串放入常量池中。
    
    20、 String为什么是不可变的?
    /** The value is used for character storage. */
    private final char value[];
        源码中String的本质是一个final类型的char数组，既然是final类型，那个该数组引用value就不允许再指向其他对象了，因此只从类的设计角度讲：如果jdk源码中并没有提供对value本身的修改，那么理论上来讲String是不可变的。String中如concat、substring等改变String的方法都是生成了一个新的String对象。
    
    21、 String真的不可变吗?
        从上文可知String的成员变量是private final 的，也就是初始化之后不可改变。那么在这几个成员中， value比较特殊，因为他是一个引用变量，而不是真正的对象。value是final修饰的，也就是说final不能再指向其他数组对象，那么我能改变value指向的数组吗? 比如将数组中的某个位置上的字符变为下划线“_”。 至少在我们自己写的普通代码中不能够做到，因为我们根本不能够访问到这个value引用，更不能通过这个引用去修改数组。 那么用什么方式可以访问私有成员呢? 没错，用反射， 可以反射出String对象中的value属性， 进而改变通过获得的value引用改变数组的结构。下面是实例代码：
    //创建字符串"Hello World"， 并赋给引用s
    String s = "Hello World"; 
    System.out.println("s = " + s); //Hello World
    //获取String类中的value字段
    Field valueFieldOfString = String.class.getDeclaredField("value");
    //改变value属性的访问权限
    valueFieldOfString.setAccessible(true);
    //获取s对象上的value属性的值
    char[] value = (char[]) valueFieldOfString.get(s);
    //改变value所引用的数组中的第5个字符
    value[5] = '_';
    System.out.println("s = " + s);  //Hello_World
    
    22、 String为什么要设计成不可变的?
    a、  字符串常量池的需要。
        字符串常量池(String pool, String intern pool, String保留池) 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。假若字符串对象允许改变,那么将会导致各种逻辑错误,比如改变一个对象会影响到另一个独立对象. 严格来说，这种常量池的思想,是一种优化手段。
    b、  允许String对象缓存HashCode
        Java中String对象的哈希码被频繁地使用, 比如在hashMap 等容器中。字符串不变性保证了hash码的唯一性,因此可以放心地进行缓存.这也是一种性能优化手段,意味着不必每次都去计算新的哈希码。
    c、  安全性
        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, 假若String不是固定不变的,将会引起各种安全隐患。