Java String 对象，你真的了解了吗

短命女 2023-02-26 05:28 157阅读 0赞

# String 对象的实现 #

`String`对象是java中使用最频繁的对象之一，所以Java公司也在不断的对`String`对象进程优化，以便提升`String`对象的性能。看下面这张图，一起了解下`String`对象的优化过程  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poaXpoZW5nZ3Vhbg_size_16_color_FFFFFF_t_70]

## 在java6以及之前的版本中 ##

`String`对象是对`char数组`进行了封装实现的对象，主要有四个成员变量： char 数组、偏移量 offset、字符数量 count、哈希值 hash。

`String`对象是通过offset和count两个属性来定位char数组，这样做可以高效、快速的共享数组对象，同时节省内存空间，但是这样很有可能导致内存泄漏

## 从java7版本开始到java8版本 ##

从Java7版本开始，java对`String`类做了一些改变。`String`类中不再有offset和count两个变量了。这样的好处是`String`对象占用的内存稍微少了点，同时String.substring方法也不再共享char\[\]，从而解决了使用该方法可能导致的内存泄漏问题。

## 从java9版本开始 ##

将char\[\]数组改成byte\[\]数组，为什么需要这样做呢？我们知道char是两个字节，如果用来存一个字节的字符有些浪费，为了节约空间，java公司，java公司就改成了一个字节的byte来存储字符串。这样再存储一个字节的字符就避免了浪费

在 Java9 维护了一个新的属性`coder`，它是编码格式的标识，在计算字符串长度或者调用 indexOf() 函数时，需要根据这个字段，判断如何计算字符串长度。coder 属性默认有 0 和 1 两个值， 0 代表Latin-1（单字节编码），1 代表 UTF-16 编码。如果 `String`判断字符串只包含了 Latin-1，则 coder 属性值为 0 ，反之则为 1。

# String对象的创建方式 #

## 1、通过字符串常量的方式 ##

`String str = "pingtonue"`的形式，使用这种方式创建字符串时，JVM会在字符串常量池中先检查是否存在该对象；如果存在，返回该对象的引用地址，如果不存在，则在字符串常量池中创建该字符串对象并返回引用。使用这种方式创建的好处是：避免了相同值的字符串重复创建，节约了内存

## 2、String()构造函数的方式 ##

`String str = new String("pingtouge")`的形式，使用这种方式创建字符串对象过程就比较复杂，分成两个阶段，首先在编译时，字符串`pingtouge`会被加入到常量结构中，类加载时候就会在常量池中创建该字符串。然后就是在调用new()时，JVM 将会调用String的构造函数，同时引用常量池中的`pingtouge`字符串，在堆内存中创建一个`String`对象并且返回堆中的引用地址

了解了String对象两种创建方式，我们来分析一下下面这段代码，加深我们对这两种方式的理解，下面这段代码片中，str是否等于str1呢？

String str = "pingtouge";
      String str1 = new String("pingtouge");
      system.out.println(str==str1)

我们逐一来分析这几行代码，首先从`String str = "pingtouge"`开始，这里使用了字符串常量的方式创建字符串对象，在创建`pingtouge`字符串对象时，JVM会去常量池中查找是否存在该字符串，这里的答案肯定是没有的，所以JVM将会在常量池中创建该字符串对象并且返回对象的地址引用，所以str指向的是`pingtouge`字符串对象在常量池中的地址引用。

然后是·`String str1 = new String("pingtouge")`·这行代码，这里使用的是构造函数的方式创建字符串对象，根据我们上面对构造函数方式创建字符串对象的理解，str1得到的应该是堆中pingtouge字符串的引用地址。由于`str`指向的是`pingtouge`字符串对象在常量池中的地址引用而`str1`指向的是堆中`pingtouge`字符串的引用地址，所以str肯定不等于str1。

# String对象的不可变性 #

从我们知道`String`对象的那一刻起，我想大家都知道了`String`对象是不可变的。那它不可变是怎么做到的呢？Java 这么做能带来哪些好处？我们一起来简单的探讨一下，先来看看String 对象的一段源码：

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
    
        /** use serialVersionUID from JDK 1.0.2 for interoperability */
        private static final long serialVersionUID = -6849794470754667710L;
        }

从这段源码中可以看出：`String`类用来`final`修饰，我们知道当一个类被final修饰时，表示这个类不能被继承，这是`String`不可变的第一点

再往下看，用来存储字符串`char value[]`数组被`private`和`final`修饰，我们知道对于一个被`final`的基本数据类型的变量，择器数值一旦被初始化之后就不能再更改。这是`String`不可变的第二点

为什么`String`要设置为不可变的？原因如下：

*  保证`String`对象的安全性。假如`String`对象是可变的，那么`String`对象将可能被恶意修改。
 *  保证`hash`属性值不会频繁变更，确保了唯一性，使得类似`HashMap`容器才能实现相应的`Key-Value`功能
 *  可以实现字符串常量池

# String对象的优化 #

字符串是我们常用的Java类型之一，所以对字符串的操作也是避免不了的，在对字符串的操作过程中，如果使用不当，性能会天差地别。那么在字符串的操作过程中，有哪些地方需要我们注意呢？

## 优雅的拼接字符串 ##

字符串的拼接是对字符串操作使用最频繁的操作之一，由于我们知道`String`对象的不可变性，所以我们在拼接的时候应尽可能少用`+`进行字符串拼接或者潜意识里认为不能使用`+`进行字符串拼接，认为使用`+`进行字符串拼接会产生很多无用的对象。事实真的是这样吗？我们来做一个实验。我们使用`+`来拼接下面这段字符串。

String str8 = "ping" +"tou"+"ge";

一起来分析一下这段代码会产生多少个对象？如果按照我们理解的意思来分析的话，首先会创建ping对象，然后创建`pingtou`对象，最后才会创建`pingtouge`对象，一共创建了三个对象。真的是这样吗？其实不是这样的，Java 公司怕我们程序员手误，所以对编译器进行了优化，上面的这段字符串拼接会\*\*被我们的编译器优化，优化成一个`String str8 = "pingtouge";`对象。\*\*除了对常量字符串拼接做了优化以外，对于使用+号动态拼接字符串，编译器也做了相应的优化，以便提升String的性能，例如下面这段代码：

String str = "pingtouge";
    
    for(int i=0; i<1000; i++) {
        
          str = str + i;
    }

编译器会帮我们优化成这样

String str = "pingtouge";
    
    for(int i=0; i<1000; i++) {
        
            	  str = (new StringBuilder(String.valueOf(str))).append(i).toString();
    }

可以看出java公司再这一块进行了不少的优化，防止由于程序员不小心导致`String`性能急速下降，尽管 Java 公司在编译器这一块做了相应的优化，但是我们还是能看出 Java 公司优化的不足之处，在动态拼接字符串时，虽然使用了 StringBuilder 进行字符串拼接，但是每次循环都会生成一个新的 StringBuilder 实例，同样也会降低系统的性能。

所以我们在做字符串拼接时，我们需要从代码的层面进行优化，在动态的拼接字符串时，如果不涉及到线程安全的情况下，我们显示的使用 StringBuilder 进行拼接，提升系统性能，如果涉及到线程安全的话，我们使用 StringBuffer 来进行字符串拼接

# 巧妙的使用 intern() 方法 #

* <p>
         * When the intern method is invoked, if the pool already contains a
         * string equal to this {
        @code String} object as determined by
         * the {
        @link #equals(Object)} method, then the string from the pool is
         * returned. Otherwise, this {
        @code String} object is added to the
         * pool and a reference to this {
        @code String} object is returned.
         * <p>
         public native String intern();

这是 intern() 函数的官方注释说明，大概意思就是 intern 函数用来返回常量池中的某字符串，如果常量池中已经存在该字符串，则直接返回常量池中该对象的引用。否则，在常量池中加入该对象，然后 返回引用。

有一位Twitter工程师在QCon全球软件开发大会上分享了一个他们对 String对象优化的案例，他们利用String.intern()方法将以前需要20G内存存储优化到只需要几百兆内存。这足以体现String.intern()的威力，我们一起来看一个例子，简单的了解一下String.intern()的用法。

public static void main(String[] args) {
        
            String str = new String("pingtouge");
            String str1 = new String("pingtouge");
            System.out.println("未使用intern()方法："+(str==str1));
            System.out.println("未使用intern()方法,str："+str);
            System.out.println("未使用intern()方法,str1："+str1);
    
            String str2= new String("pingtouge").intern();
            String str3 = new String("pingtouge").intern();
            System.out.println("使用intern()方法："+(str2==str3));
            System.out.println("使用intern()方法,str2："+str2);
            System.out.println("使用intern()方法,str3："+str3);
    
        }

![在这里插入图片描述][20200715194310277.png]  
从结果中可以看出，未使用String.intern()方法时，构造相同值的字符串对象返回不同的对象引用地址，使用String.intern()方法后，构造相同值的字符串对象时，返回相同的对象引用地址。这能帮我们节约不少空间

**`String.intern()方法虽然好，但是我们要结合具体场景使用，因为常量池的实现是类似一个HashTable的实现方式，HashTable存储的数据越大，编译的时间复杂度就会增加。如果数据过大，会增加整个字符串常量池的负担`**

# 灵活的字符串的分割 #

字符串的分割是字符串操作的常用操作之一，对于字符串的分割，大部分人使用的都是 Split() 方法，Split() 方法大多数情况下使用的是正则表达式，这种分割方式本身没有什么问题，但是由于正则表达式的性能是非常不稳定的，使用不恰当会引起回溯问题，很可能导致 CPU 居高不下。在以下两种情况下 Split() 方法不会使用正则表达式：

*  传入的参数长度为1，且不包含“.$|()\[\{^?\*+\\”regex元字符的情况下，不会使用正则表达式
 *  传入的参数长度为2，第一个字符是反斜杠，并且第二个字符不是ASCII数字或ASCII字母的情况下，不会使用正则表达式

**所以我们在字符串分割时，应该慎重使用 Split() 方法，首先考虑使用 String.indexOf() 方法进行字符串分割，如果 String.indexOf() 无法满足分割要求，再使用 Split() 方法，使用 Split() 方法分割字符串时，需要注意回溯问题。**

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