Java基础-关键字-String

1、String的本质

线程安全　　

　　打开String的源码，类注释中有这么一段话“Strings are constant; their values cannot be changed after they are created. String buffers support mutable strings.Because String objects are immutable they can be shared.”。这句话总结归纳了String的一个最重要的特点：String是值不可变(immutable)的常量，是线程安全的(can be shared)。

不可继承

　　String类使用了final修饰符，表明了String类的第二个特点：String类是不可继承的。

　　在Java中，被final修饰的类是不允许被继承的，并且该类中的成员方法都默认为final方法。在早期的JVM实现版本中，被final修饰的方法会被转为内嵌调用以提升执行效率。而从Java SE5/6开始，就渐渐摈弃这种方式了。因此在现在的Java SE版本中，不需要考虑用final去提升方法调用效率。只有在确定不想让该方法被覆盖时，才将方法设置为final。

值不可变，存储方式为字符数组

private final char value[];
private final int count; 

　　从final的修饰可以看出其不可变性

　　其中的String类的 concat方法为起扩容，如果方法的参数长度等于0这返回this，否则并组成一个新的string，并紧随其后拼接参数后返回新的string

　　我们看String类的concat方法。实现该方法第一步要做的肯定是扩大成员变量value的容量，扩容的方法重新定义一个大容量的字符数组buf。第二步就是把原来value中的字符copy到buf中来，再把需要concat的字符串值也copy到buf中来，这样子，buf中就包含了concat之后的字符串值。下面就是问题的关键了，如果value不是final的，直接让value指向buf，然后返回this，则大功告成，没有必要返回一个新的String对象。但是。。。可惜。。。由于value是final型的，所以无法指向新定义的大容量数组buf，那怎么办呢？“return new String(0, count + otherLen, buf);”，这是String类concat实现方法的最后一条语句，重新new一个String对象返回。这下真相大白了吧！

　　String类其实是通过char数组来保存字符串的。

总结：String实质是字符数组，两个特点：1、该类不可被继承；2、不可变性(immutable)。

 

public String substring(int beginIndex, int endIndex) {
    if (beginIndex < 0) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(beginIndex);
    }
    if (endIndex > count) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(endIndex);
    }
    if (beginIndex > endIndex) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(endIndex - beginIndex);
    }
    return ((beginIndex == 0) && (endIndex == count)) ? this :
        new String(offset + beginIndex, endIndex - beginIndex, value);
    }
 
 public String concat(String str) {
    int otherLen = str.length();
    if (otherLen == 0) {
        return this;
    }
    char buf[] = new char[count + otherLen];
    getChars(0, count, buf, 0);
    str.getChars(0, otherLen, buf, count);
    return new String(0, count + otherLen, buf);
    }
 
 public String replace(char oldChar, char newChar) {
    if (oldChar != newChar) {
        int len = count;
        int i = -1;
        char[] val = value; /* avoid getfield opcode */
        int off = offset;   /* avoid getfield opcode */
 
        while (++i < len) {
        if (val[off + i] == oldChar) {
            break;
        }
        }
        if (i < len) {
        char buf[] = new char[len];
        for (int j = 0 ; j < i ; j++) {
            buf[j] = val[off+j];
        }
        while (i < len) {
            char c = val[off + i];
            buf[i] = (c == oldChar) ? newChar : c;
            i++;
        }
        return new String(0, len, buf);
        }
    }
    return this;

从上面的三个方法可以看出，无论是sub操、concat还是replace操作都不是在原有的字符串上进行的，而是重新生成了一个新的字符串对象。也就是说进行这些操作后，最原始的字符串并没有被改变。

“对String对象的任何改变都不影响到原对象，相关的任何change操作都会生成新的对象”。

 2、String的内存机制

JVM运行时，会将内存分为两个部分：堆和栈。堆中存放的是创建的对象，而栈中存放的方法调用过程的局部变量或引用。而设计Java字符串对象内存实现的时候，在堆中又开辟了一块很小的内存，称之为字符串常量池，专门用来存放特定的字符串对象。

创建Java字符串对象有两种常用的方式：

String 引用变量名="字符串内容";
String 应用变量名=new String(<参数序列>);

我们先来看看创建字符串对象的第一种方式内存如何分配的，代码如下：

String s1="osEye.net";
String s2="osEye.net";

如上图描述了引用对象的关系，以及内存的分配。Java实现的步骤如下：

1. 查看字符串常量池中是否存在内容与“osEye.net”相同的字符串对象。
2. 若没有，则新创建一个包含该内容的字符串对象，并让引用变量指向该对象。例如，创建字符串s1的时候，字符串常量池中没有，则创建一个新对象，并让引用s1指向该对象。
3. 若已经存在包含该内容的字符串对象，则让字符串引用直接指向该对象。例如，在创建字符串s2的时候，字符串常量池中已经有包含该内容的对象了，所以引用s2直接指向已有的对象。

在来看看第二种创建字符串对象的方式：

String s1="osEye.net";
String s2=new String("osEye.net");

如上图描述了引用对象的关系，以及内存的分配。Java实现的步骤如下：

1. 首先在堆（不是常量池）中创建一个包含指定内容的字符串对象，并将字符串引用指向该对象。例如上述代码中，使用new创建字符串s3，其会直接在堆中创建一个内容为“osEye.net”的字符串对对象，并将引用s3指向该对象。
2. 去字符串常量池中查看，是否有包含该内容的对象。
3. 若有，则将new出来的字符串对象与字符串常量池中内容相同的对象联系起来。例如，本例中s3所指向的对象与s1所指向的联系起来。
4. 若没有，则在字符串常量池再创建一个包含该内容的字符串对象，并将堆中的对象与字符串常量池中新创建出来的对象联系起来。

我们知道，new出来的字符串对象和字符串常量池中的对象是有联系的，可以通过intern方法来查看，方法签名:

public String intern()

此方法将指定的字符串引用在字符串常量池中对应的对象，若其指向的对象本身就在字符串常量池中，则直接将自己指向的对象返回；若该字符串引用指向的对象在堆中，则返回字符串常量池中与其联系的对象。实例如下：

package net.oseye;
public class ExceptionTest {
 
    public static void main(String[] args) {
        String s1="osEye.net";
        String s2=new String("osEye.net");
 
        if(s1==s2){
            System.out.println("字符串引用s1和字符串引用s2所指向的是同一个对象");
        }else{
            System.out.println("字符串引用s1和字符串引用s2所指向的不是同一个对象");
        }
        if(s1.intern()==s2.intern()){
            System.out.println("字符串引用s1和字符串引用s2在字符串常量池中联系的是同一个对象");
        }else{
            System.out.println("字符串引用s1和字符串引用s2在字符串常量池中联系的不是同一个对象");
        }
    }
}

输出结果：

字符串引用s1和字符串引用s2所指向的不是同一个对象
字符串引用s1和字符串引用s2在字符串常量池中联系的是同一个对象