Java - String源码解析及常见面试问题

分手后的思念是犯贱 2023-02-23 12:30 16阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  Pre
 *  Q1: String 是如何实现的？
 *  Q2: String 有哪些重要的方法？
 *   *  构造函数
     *  equals()
     *  compareTo()
     *  【equals() vs compareTo() 】
     *  其他重要方法
 *  Q3: 为什么 String 类型要用 final 修饰
 *  Q4: == 和 equals 的区别是什么
 *  Q5: String 和 StringBuilder、StringBuffer 有什么区别
 *  Q6: String 类型在 JVM中是如何存储的？编译器对 String 做了哪些优化

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3lhbmdzaGFuZ3dlaQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]

# Pre #

Java Version ： **主流版本JDK 8**

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# Q1: String 是如何实现的？ #

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3lhbmdzaGFuZ3dlaQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

看到了吧 , **底层存储是 char 数组**

public final class String  implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence { 
        // the value is used for character storage 存储字符串的值
        private final char value[];
        // Cache the hash code for the string 缓存字符串的 hash code
        private int hash; // Default to 0
        // ...... 
    }

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# Q2: String 有哪些重要的方法？ #

## 构造函数 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3lhbmdzaGFuZ3dlaQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

挑几个比较重要的

// String 为参数的构造方法
    public String(String original) { 
        this.value = original.value;
        this.hash = original.hash;
    }
    // char[] 为参数构造方法
    public String(char value[]) { 
        this.value = Arrays.copyOf(value, value.length);
    }
    // StringBuffer 为参数的构造方法
    public String(StringBuffer buffer) { 
        synchronized(buffer) { 
            this.value = Arrays.copyOf(buffer.getValue(), buffer.length());
        }
    }
    // StringBuilder 为参数的构造方法
    public String(StringBuilder builder) { 
        this.value = Arrays.copyOf(builder.getValue(), builder.length());
    }

这里需要提一下的是： 以 StringBuffer 和 StringBuilder 为参数的构造函数容易被忽略，因为String 、 StringBuffer、StringBuilder 这三种数据类型， 通常都是单独使用的哇。 知道就行，反正平常也不这么写

还有其他构造函数 ，大家可以自行看一下

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## equals() ##

比较两个字符串是否相等

来看下源码

public boolean equals(Object anObject) { 
          // 如果是对象引用，直接返回true 
            if (this == anObject) { 
                return true;
            }
           // 类型判断 如果不是String类型则直接返回 false
            if (anObject instanceof String) { 
                String anotherString = (String)anObject;
                int n = value.length;
                if (n == anotherString.value.length) { 
                   // 把两个字符串都转换为 char 数组对比
                    char v1[] = value;
                    char v2[] = anotherString.value;
                    int i = 0;
                    while (n-- != 0) {  // 循环比对两个字符串的每一个字符
                        if (v1[i] != v2[i])  // 如果其中有一个字符不相等就直接返回false，否则继续对比，直接到结束
                            return false;
                        i++;
                    }
                    return true;
                }
            }
            return false;
        }

equals() 是String 类型重写的 Object 中的 方法，Object\#equals() 方法需要传递一个 Object 类型的参数值所以才有了上面的instanceof 类型判断 。 当判断参数为 String 类型之后，会**循环对比两个字符串中的每一个字符**，当**所有字符都相等时返回 true**，否则则返回 false。

【Object\#equals()】

public boolean equals(Object obj) { 
            return (this == obj);  // 仅判断的对象引用，即比较的是对象在内存中的地址
        }

【instanceof 用法】

Object a= "123";
    Object b= 123;
    System.out.println(a instanceof String); // true
    System.out.println(b instanceof String); // false

另外还有一个 equalsIgnoreCase()， 忽略字符串的大小写之后进行字符串对比。

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## compareTo() ##

比较两个字符串

public int compareTo(String anotherString) { 
            int len1 = value.length;
            int len2 = anotherString.value.length;
            int lim = Math.min(len1, len2); // 取两个字符串中长度最短的那个字符串的长度 
            char v1[] = value;
            char v2[] = anotherString.value;
    
            int k = 0;
            while (k < lim) {   // 对比每一个字符
                char c1 = v1[k];
                char c2 = v2[k];
                if (c1 != c2) { // 有字符不相等时返回差值 
                    return c1 - c2;  
                }
                k++;
            }
            return len1 - len2;
        }

从源码总可以看到compareTo() 方法会循环对比所有的字符，当两个字符串中有任意一个字符不相同时，则 `return c1 - c2`。

举个例子

“53334433”.compareTo(“3”) ----> 2 【取最小长度，第一个字符 5 和 3 比，转成char 比较， 不相等 返回 5 - 3 = 2】

再来个例子： 两个字符串分别存储的是 1 和 2，返回的值是 -1；如果存储的是 1 和 1，则返回的值是 0 ，如果存储的是 2 和 1，则返回的值是 1。

还有个compareToIgnoreCase 忽略大小写后比较两个字符串。

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## 【equals() vs compareTo() 】 ##

可以看出 **compareTo() 方法和 equals() 方法都是用于比较两个字符串的**，但它们有两点不同：

*  equals() 可以接收一个 Object 类型的参数，而 compareTo() 只能接收一个 String 类型的参数
 *  equals() 返回值为 Boolean，而 compareTo() 的返回值则为 int

它们都可以用于两个字符串的比较，当 equals() 方法返回 true 时，或者是 compareTo() 方法返回 0 时，则表示两个字符串完全相同

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## 其他重要方法 ##

*  indexOf()：查询字符串首次出现的下标位置
 *  lastIndexOf()：查询字符串最后出现的下标位置
 *  contains()：查询字符串中是否包含另一个字符串
 *  toLowerCase()：把字符串全部转换成小写
 *  toUpperCase()：把字符串全部转换成大写
 *  length()：查询字符串的长度
 *  trim()：去掉字符串首尾空格
 *  replace()：替换字符串中的某些字符
 *  split()：把字符串分割并返回字符串数组
 *  join()：把字符串数组转为字符串

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# Q3: 为什么 String 类型要用 final 修饰 #

从源码中可以知道String是final修饰的？

为啥子嘞？

高司令以前回答过： 他会更倾向于使用 final，因为它能够缓存结果，当你在传参时不需要考虑谁会修改它的值；如果是可变类的话，则有可能需要重新拷贝出来一个新值进行传参，这样在性能上就会有一定的损失。

String 类设计成不可变的另一个原因是**安全**，当你在调用其他方法时，比如调用一些系统级操作指令之前，可能会有一系列校验，如果是可变类的话，可能在你校验过后，它的内部的值又被改变了，这样有可能会引起严重的系统崩溃问题，这是迫使 String 类设计成不可变类的一个重要原因。

总之，使用 final 修饰的第一个好处是**安全**；第二个好处是**高效**

我们以JVM中的常量池来举个例子

String s1 = "java";
    String s2 = "java";

**只有字符串是不可变时，我们才能实现字符串常量池。**

**字符串常量池**可以为我们缓存字符串，这样的话不用每次都去开辟一块内存地址存放，自然就提高了运行效率。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3lhbmdzaGFuZ3dlaQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

如果String是可变的，那字符串常量池就歇菜了。。。。。

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# Q4: == 和 equals 的区别是什么 #

【==】

*  对于基本数据类型来说， 比较 “值”是否相等的
 *  对于引用类型来说， 比较引用地址是否相同的

Object\#equals() 其实就是 ==

public boolean equals(Object obj) { 
        return (this == obj);
    }

String\#equal这是重写了父类Object的equals方法，把它修改成了比较两个字符串的值是否相等，分析如上。

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# Q5: String 和 StringBuilder、StringBuffer 有什么区别 #

简单来说：

*  String 不可变 ，正是因为不可变，所以字符串在拼接时，效率低，所以才有了下面两个
 *  StringBuffer 线程安全
 *  StringBuilder 线程不安全

String 类型是不可变的，所以在字符串拼接的时候如果使用 String 的话性能会很低。

因此我们就需要使用另一个数据类型 StringBuffer，它提供了 append 和 insert 方法可用于字符串的拼接，它使用 synchronized 来保证线程安全

@Override
    public synchronized StringBuffer append(Object obj) { 
        toStringCache = null;
        super.append(String.valueOf(obj));
        return this;
    }
    @Override
    public synchronized StringBuffer insert(int offset, String str) { 
        toStringCache = null;
        super.insert(offset, str);
        return this;
    }

因为它使用了 synchronized 来保证线程安全，所以性能不是很高。

于是在 JDK 1.5 就有了 StringBuilder，它同样提供了 append 和 insert 的拼接方法，但它没有使用 synchronized 来修饰，因此在性能上要优于 StringBuffer，所以在非并发操作的环境下可使用 StringBuilder 来进行字符串拼接。

@Override
        public StringBuilder append(String str) { 
            super.append(str);
            return this;
        }
     
        @Override
        public StringBuilder insert(int offset, String str) { 
            super.insert(offset, str);
            return this;
        }

当然了，append 和 insert的方法入参有很多，这里仅仅列举出了一个，主要是让你看下 synchronized实现上的区别。

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# Q6: String 类型在 JVM中是如何存储的？编译器对 String 做了哪些优化 #

String 常见的创建方式有两种

*  new String()
 *  直接赋值

直接赋值的方式会先去字符串常量池中查找是否已经有此值，如果有则把引用地址直接指向此值，否则会先在常量池中创建，然后再把引用指向此值；

new String() 一定会先在堆上创建一个字符串对象，然后再去常量池中查询此字符串的值是否已经存在，如果不存在会先在常量池中创建此字符串，然后把引用的值指向此字符串

举个例子

String s1 = new String("Java");
    String s2 = s1.intern();
    String s3 = "Java";
    System.out.println(s1 == s2); // ------> false
    System.out.println(s2 == s3); // ------> true

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3lhbmdzaGFuZ3dlaQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

**JDK 1.7 之后把永久代代换成的元空间，把字符串常量池从方法区移到了 Java 堆上**

除此之外编译器还会对 String 字符串做一些优化，例如以下代码

String s1 = "Ja" + "va";
    String s2 = "Java";
    System.out.println(s1 == s2);

输出 true

javap -c 反汇编看一下

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3lhbmdzaGFuZ3dlaQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

从编译代码 \#2 可以看出，代码 “Ja”+“va” 被直接编译成了 “Java” ，因此 s1==s2 的结果才是 true，这就是编译器对字符串优化的结果。

--------------------

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3lhbmdzaGFuZ3dlaQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]: https://img-blog.csdnimg.cn/2020070719363976.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3lhbmdzaGFuZ3dlaQ==,size_16,color_FFFFFF,t_70
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