《Java架构筑基》从Java基础讲起——String类深入理解

Posted 2021-03-19

一. String问题答疑

• String字符串是如何设计与实现考量的？
• String字符串缓存 intern()方法，由永久代移到堆中。
• String 的演化，Java 9 中底层把 char 数组换成了 byte 数组，占用更少的空间

二. String的创建机理

由于String在Java世界中使用过于频繁，Java为了避免在一个系统中产生大量的String对象，引入了字符串常量池。其运行机制是：创建一个字符串时，首先检查池中是否有值相同的字符串对象，如果有则不需要创建直接从池中刚查找到的对象引用；如果没有则新建字符串对象，返回对象引用，并且将新创建的对象放入池中。但是，通过new方法创建的String对象是不检查字符串池的，而是直接在堆区或栈区创建一个新的对象，也不会把对象放入池中。上述原则只适用于通过直接量给String对象引用赋值的情况。博客

举例：String str1 = "123"; //通过直接量赋值方式，放入字符串常量池
String str2 = new String(“123”);//通过new方式赋值方式，不放入字符串常量池

注意：String提供了inter()方法。调用该方法时，如果常量池中包括了一个等于此String对象的字符串（由equals方法确定），则返回池中的字符串。否则，将此String对象添加到池中，并且返回此池中对象的引用。

三. StringBuffer/StringBuilder

StringBuffer和StringBuilder都实现了AbstractStringBuilder抽象类，拥有几乎一致对外提供的调用接口；其底层在内存中的存储方式与String相同，都是以一个有序的字符序列（char类型的数组）进行存储，不同点是StringBuffer/StringBuilder对象的值是可以改变的，并且值改变以后，对象引用不会发生改变;两者对象在构造过程中，首先按照默认大小申请一个字符数组，由于会不断加入新数据，当超过默认大小后，会创建一个更大的数组，并将原先的数组内容复制过来，再丢弃旧的数组。因此，对于较大对象的扩容会涉及大量的内存复制操作，如果能够预先评估大小，可提升性能。

四. String类的考点分析

• 通过 String 和相关类，考察基本的线程安全设计与实现，各种基础编程实践。
• 考察 JVM 对象缓存机制的理解以及如何良好地使用。
• 考察 JVM 优化 Java 代码的一些技巧。
• String 相关类的演进，比如 Java 9 中实现的巨大...

五. String技术点深入分析

5.1 String类是典型的Immutable类

是典型的 Immutable 类，被声明成为 final class，所有属性也都是 final 的。也由于它的不可变，类似拼接、裁剪字符串等动作，都会产生新的 String 对象。

5.2 字符串设计和实现考量

• String 是 Immutable 类的典型实现，原生的保证了基础线程安全，因为你无法对它内部数据进行任何修改，这种便利甚至体现在拷贝构造函数中，由于不可变，Immutable 对象在拷贝时不需要额外复制数据。
• 为了实现修改字符序列的目的，StringBuffer 和 StringBuilder 底层都是利用可修改的（char，JDK 9 以后是 byte）数组，二者都继承了 AbstractStringBuilder，里面包含了基本操作，区别仅在于最终的方法是否加了 synchronized。
• 这个内部数组应该创建成多大的呢？如果太小，拼接的时候可能要重新创建足够大的数组；如果太大，又会浪费空间。目前的实现是，构建时初始字符串长度加 16（这意味着，如果没有构建对象时输入最初的字符串，那么初始值就是 16）。我们如果确定拼接会发生非常多次，而且大概是可预计的，那么就可以指定合适的大小，避免很多次扩容的开销。扩容会产生多重开销，因为要抛弃原有数组，创建新的（可以简单认为是倍数）数组，还要进行arraycopy。

5.3 字符串缓存

• String 在 Java 6 以后提供了 intern()方法，目的是提示 JVM 把相应字符串缓存起来，以备重复使用。在我们创建字符串对象并调用 intern() 方法的时候，如果已经有缓存的字符串，就会返回缓存里的实例，否则将其缓存起来。
• 在后续版本中，这个缓存被放置在堆中，这样就极大避免了永久代占满的问题，甚至永久代在 JDK 8 中被 MetaSpace（元数据区）替代了。而且，默认缓存大小也在不断地扩大中，从最初的 1009，到 7u40 以后被修改为 60013。

六. String不可变的好处

6.1 可以缓存 hash 值 博客

因为 String 的 hash 值经常被使用，例如 String 用做 HashMap 的 key。不可变的特性可以使得 hash 值也不可变，因此只需要进行一次计算。

6.2 String Pool 的需要

如果一个String对象已经被创建过了，那么就会从 String Pool 中取得引用。只有 String 是不可变的，才可能使用 String Pool。

6.3 安全性

String 经常作为参数，String 不可变性可以保证参数不可变。例如在作为网络连接参数的情况下如果 String 是可变的，那么在网络连接过程中，String 被改变，改变 String 对象的那一方以为现在连接的是其它主机，而实际情况却不一定是。

6.4 线程安全

String 不可变性天生具备线程安全，可以在多个线程中安全地使用。