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  String 类也是java.lang 包下的一个类,算是日常编码中最常用的一个类了,那么本篇博客就来详细的介绍 String 类。

1、String 类的定义

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {}

  和上一篇博客所讲的 Integer 类一样,这也是一个用 final 声明的常量类,不能被任何类所继承,而且一旦一个String对象被创建, 包含在这个对象中的字符序列是不可改变的, 包括该类后续的所有方法都是不能修改该对象的,直至该对象被销毁,这是我们需要特别注意的(该类的一些方法看似改变了字符串,其实内部都是创建一个新的字符串,下面讲解方法时会介绍)。接着实现了 Serializable接口,这是一个序列化标志接口,还实现了 Comparable 接口,用于比较两个字符串的大小(按顺序比较单个字符的ASCII码),后面会有具体方法实现;最后实现了 CharSequence 接口,表示是一个有序字符的集合,相应的方法后面也会介绍。

2、字段属性

1 /**用来存储字符串  */
2 private final char value[];
3 
4 /** 缓存字符串的哈希码 */
5 private int hash; // Default to 0
6 
7 /** 实现序列化的标识 */
8 private static final long serialVersionUID = -6849794470754667710L;
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  一个 String 字符串实际上是一个 char 数组。

3、构造方法

  String 类的构造方法很多。可以通过初始化一个字符串,或者字符数组,或者字节数组等等来创建一个 String 对象。

  

1 String str1 = "abc";//注意这种字面量声明的区别,文末会详细介绍
2 String str2 = new String("abc");
3 String str3 = new String(new char[]{'a','b','c'});

4、equals(Object anObject) 方法

 1     public boolean equals(Object anObject) {
 2         if (this == anObject) {
 3             return true;
 4         }
 5         if (anObject instanceof String) {
 6             String anotherString = (String)anObject;
 7             int n = value.length;
 8             if (n == anotherString.value.length) {
 9                 char v1[] = value;
10                 char v2[] = anotherString.value;
11                 int i = 0;
12                 while (n-- != 0) {
13                     if (v1[i] != v2[i])
14                         return false;
15                     i++;
16                 }
17                 return true;
18             }
19         }
20         return false;
21     }
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  String 类重写了 equals 方法,比较的是组成字符串的每一个字符是否相同,如果都相同则返回true,否则返回false。

5、hashCode() 方法

 1     public int hashCode() {
 2         int h = hash;
 3         if (h == 0 && value.length > 0) {
 4             char val[] = value;
 5 
 6             for (int i = 0; i < value.length; i++) {
 7                 h = 31 * h + val[i];
 8             }
 9             hash = h;
10         }
11         return h;
12     }
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  String 类的 hashCode 算法很简单,主要就是中间的 for 循环,计算公式如下:

s[0]*31^(n-1) + s[1]*31^(n-2) + ... + s[n-1]

  s 数组即源码中的 val 数组,也就是构成字符串的字符数组。这里有个数字 31 ,为什么选择31作为乘积因子,而且没有用一个常量来声明?主要原因有两个:

  ①、31是一个不大不小的质数,是作为 hashCode 乘子的优选质数之一。

  ②、31可以被 JVM 优化,31 * i = (i << 5) - i。因为移位运算比乘法运行更快更省性能。

  具体解释可以参考这篇文章

6、charAt(int index) 方法

1     public char charAt(int index) {
2         //如果传入的索引大于字符串的长度或者小于0,直接抛出索引越界异常
3         if ((index < 0) || (index >= value.length)) {
4             throw new StringIndexOutOfBoundsException(index);
5         }
6         return value[index];//返回指定索引的单个字符
7     }
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  我们知道一个字符串是由一个字符数组组成,这个方法是通过传入的索引(数组下标),返回指定索引的单个字符。

7、compareTo(String anotherString) 和 compareToIgnoreCase(String str) 方法

  我们先看看 compareTo 方法:

 1     public int compareTo(String anotherString) {
 2         int len1 = value.length;
 3         int len2 = anotherString.value.length;
 4         int lim = Math.min(len1, len2);
 5         char v1[] = value;
 6         char v2[] = anotherString.value;
 7 
 8         int k = 0;
 9         while (k < lim) {
10             char c1 = v1[k];
11             char c2 = v2[k];
12             if (c1 != c2) {
13                 return c1 - c2;
14             }
15             k++;
16         }
17         return len1 - len2;
18     }
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  源码也很好理解,该方法是按字母顺序比较两个字符串,是基于字符串中每个字符的 Unicode 值。当两个字符串某个位置的字符不同时,返回的是这一位置的字符 Unicode 值之差,当两个字符串都相同时,返回两个字符串长度之差。

   compareToIgnoreCase() 方法在 compareTo 方法的基础上忽略大小写,我们知道大写字母是比小写字母的Unicode值小32的,底层实现是先都转换成大写比较,然后都转换成小写进行比较。

8、concat(String str) 方法

  该方法是将指定的字符串连接到此字符串的末尾。

 1     public String concat(String str) {
 2         int otherLen = str.length();
 3         if (otherLen == 0) {
 4             return this;
 5         }
 6         int len = value.length;
 7         char buf[] = Arrays.copyOf(value, len + otherLen);
 8         str.getChars(buf, len);
 9         return new String(buf, true);
10     }
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  首先判断要拼接的字符串长度是否为0,如果为0,则直接返回原字符串。如果不为0,则通过 Arrays 工具类(后面会详细介绍这个工具类)的copyOf方法创建一个新的字符数组,长度为原字符串和要拼接的字符串之和,前面填充原字符串,后面为空。接着在通过 getChars 方法将要拼接的字符串放入新字符串后面为空的位置。

  注意:返回值是 new String(buf, true),也就是重新通过 new 关键字创建了一个新的字符串,原字符串是不变的。这也是前面我们说的一旦一个String对象被创建, 包含在这个对象中的字符序列是不可改变的。

9、indexOf(int ch) 和 indexOf(int ch, int fromIndex) 方法 

  indexOf(int ch),参数 ch 其实是字符的 Unicode 值,这里也可以放单个字符(默认转成int),作用是返回指定字符第一次出现的此字符串中的索引。其内部是调用 indexOf(int ch, int fromIndex),只不过这里的 fromIndex =0 ,因为是从 0 开始搜索;而 indexOf(int ch, int fromIndex) 作用也是返回首次出现的此字符串内的索引,但是从指定索引处开始搜索。

    public int indexOf(int ch) {
        return indexOf(ch, 0);//从第一个字符开始搜索
    }
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 1 public int indexOf(int ch, int fromIndex) {
 2     final int max = value.length;//max等于字符的长度
 3     if (fromIndex < 0) {//指定索引的位置如果小于0,默认从 0 开始搜索
 4         fromIndex = 0;
 5     } else if (fromIndex >= max) {
 6         //如果指定索引值大于等于字符的长度(因为是数组,下标最多只能是max-1),直接返回-1
 7         return -1;
 8     }
 9 
10     if (ch < Character.MIN_SUPPLEMENTARY_CODE_POINT) {//一个char占用两个字节,如果ch小于2的16次方(65536),绝大多数字符都在此范围内
11         final char[] value = this.value;
12         for (int i = fromIndex; i < max; i++) {//for循环依次判断字符串每个字符是否和指定字符相等
13             if (value[i] == ch) {
14                 return i;//存在相等的字符,返回第一次出现该字符的索引位置,并终止循环
15             }
16         }
17         return -1;//不存在相等的字符,则返回 -1
18     } else {//当字符大于 65536时,处理的少数情况,该方法会首先判断是否是有效字符,然后依次进行比较
19         return indexOfSupplementary(ch, fromIndex);
20     }
21 }
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10、split(String regex) 和 split(String regex, int limit) 方法

  split(String regex) 将该字符串拆分为给定正则表达式的匹配。split(String regex , int limit) 也是一样,不过对于 limit 的取值有三种情况:

  ①、limit > 0 ,则pattern(模式)应用n - 1 次

1 String str = "a,b,c";
2 String[] c1 = str.split(",", 2);
3 System.out.println(c1.length);//2
4 System.out.println(Arrays.toString(c1));//{"a","b,c"}

  ②、limit = 0 ,则pattern(模式)应用无限次并且省略末尾的空字串

1 String str2 = "a,b,c,,";
2 String[] c2 = str2.split(",", 0);
3 System.out.println(c2.length);//3
4 System.out.println(Arrays.toString(c2));//{"a","b","c"}

  ③、limit < 0 ,则pattern(模式)应用无限次

1 String str2 = "a,b,c,,";
2 String[] c2 = str2.split(",", -1);
3 System.out.println(c2.length);//5
4 System.out.println(Arrays.toString(c2));//{"a","b","c","",""}

  下面我们看看底层的源码实现。对于 split(String regex) 没什么好说的,内部调用  split(regex, 0) 方法:

1     public String[] split(String regex) {
2         return split(regex, 0);
3     }
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  重点看 split(String regex, int limit) 的方法实现:

 1 public String[] split(String regex, int limit) {
 2     /* 1、单个字符,且不是".$|()[{^?*+\\"其中一个
 3      * 2、两个字符,第一个是"\",第二个大小写字母或者数字
 4      */
 5     char ch = 0;
 6     if (((regex.value.length == 1 &&
 7          ".$|()[{^?*+\\".indexOf(ch = regex.charAt(0)) == -1) ||
 8          (regex.length() == 2 &&
 9           regex.charAt(0) == '\\' &&
10           (((ch = regex.charAt(1))-'0')|('9'-ch)) < 0 &&
11           ((ch-'a')|('z'-ch)) < 0 &&
12           ((ch-'A')|('Z'-ch)) < 0)) &&
13         (ch < Character.MIN_HIGH_SURROGATE ||
14          ch > Character.MAX_LOW_SURROGATE))
15     {
16         int off = 0;
17         int next = 0;
18         boolean limited = limit > 0;//大于0,limited==true,反之limited==false
19         ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
20         while ((next = indexOf(ch, off)) != -1) {
21             //当参数limit<=0 或者 集合list的长度小于 limit-1
22             if (!limited || list.size() < limit - 1) {
23                 list.add(substring(off, next));
24                 off = next + 1;
25             } else {//判断最后一个list.size() == limit - 1
26                 list.add(substring(off, value.length));
27                 off = value.length;
28                 break;
29             }
30         }
31         //如果没有一个能匹配的,返回一个新的字符串,内容和原来的一样
32         if (off == 0)
33             return new String[]{this};
34 
35         // 当 limit<=0 时,limited==false,或者集合的长度 小于 limit是,截取添加剩下的字符串
36         if (!limited || list.size() < limit)
37             list.add(substring(off, value.length));
38 
39         // 当 limit == 0 时,如果末尾添加的元素为空(长度为0),则集合长度不断减1,直到末尾不为空
40         int resultSize = list.size();
41         if (limit == 0) {
42             while (resultSize > 0 && list.get(resultSize - 1).length() == 0) {
43                 resultSize--;
44             }
45         }
46         String[] result = new String[resultSize];
47         return list.subList(0, resultSize).toArray(result);
48     }
49     return Pattern.compile(regex).split(this, limit);
50 }
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11、replace(char oldChar, char newChar) 和 String replaceAll(String regex, String replacement) 方法

  ①、replace(char oldChar, char newChar) :将原字符串中所有的oldChar字符都替换成newChar字符,返回一个新的字符串。

  ②、String replaceAll(String regex, String replacement):将匹配正则表达式regex的匹配项都替换成replacement字符串,返回一个新的字符串。

12、substring(int beginIndex) 和 substring(int beginIndex, int endIndex) 方法

  ①、substring(int beginIndex):返回一个从索引 beginIndex 开始一直到结尾的子字符串。

public String substring(int beginIndex) {
    if (beginIndex < 0) {//如果索引小于0,直接抛出异常
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(beginIndex);
    }
    int subLen = value.length - beginIndex;//subLen等于字符串长度减去索引
    if (subLen < 0) {//如果subLen小于0,也是直接抛出异常
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(subLen);
    }
    //1、如果索引值beginIdex == 0,直接返回原字符串
    //2、如果不等于0,则返回从beginIndex开始,一直到结尾
    return (beginIndex == 0) ? this : new String(value, beginIndex, subLen);
}
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  ②、 substring(int beginIndex, int endIndex):返回一个从索引 beginIndex 开始,到 endIndex 结尾的子字符串。

13、常量池

   在前面讲解构造函数的时候,我们知道最常见的两种声明一个字符串对象的形式有两种:

  ①、通过“字面量”的形式直接赋值

String str = "hello";

  ②、通过 new 关键字调用构造函数创建对象

String str = new String("hello");

  那么这两种声明方式有什么区别呢?在讲解之前,我们先介绍 JDK1.7(不包括1.7)以前的 JVM 的内存分布:

  

  ①、程序计数器:也称为 PC 寄存器,保存的是程序当前执行的指令的地址(也可以说保存下一条指令的所在存储单元的地址),当CPU需要执行指令时,需要从程序计数器中得到当前需要执行的指令所在存储单元的地址,然后根据得到的地址获取到指令,在得到指令之后,程序计数器便自动加1或者根据转移指针得到下一条指令的地址,如此循环,直至执行完所有的指令。线程私有

  ②、虚拟机栈:基本数据类型、对象的引用都存放在这。线程私有

  ③、本地方法栈:虚拟机栈是为执行Java方法服务的,而本地方法栈则是为执行本地方法(Native Method)服务的。在JVM规范中,并没有对本地方法栈的具体实现方法以及数据结构作强制规定,虚拟机可以自由实现它。在HotSopt虚拟机中直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

  ④、方法区:存储了每个类的信息(包括类的名称、方法信息、字段信息)、静态变量、常量以及编译器编译后的代码等。注意:在Class文件中除了类的字段、方法、接口等描述信息外,还有一项信息是常量池,用来存储编译期间生成的字面量和符号引用。

  ⑤、堆:用来存储对象本身的以及数组(当然,数组引用是存放在Java栈中的)。

  在 JDK1.7 以后,方法区的常量池被移除放到堆中了,如下:

  

  常量池:Java运行时会维护一个String Pool(String池), 也叫“字符串缓冲区”。String池用来存放运行时中产生的各种字符串,并且池中的字符串的内容不重复。

  ①、字面量创建字符串或者纯字符串(常量)拼接字符串会先在字符串池中找,看是否有相等的对象,没有的话就在字符串池创建该对象;有的话则直接用池中的引用,避免重复创建对象。

  ②、new关键字创建时,直接在堆中创建一个新对象,变量所引用的都是这个新对象的地址。

  ③、使用包含变量表达式来创建String对象,则不仅会检查维护字符串池,还会在堆区创建这个对象,最后是指向堆内存的对象。

1 String str1 = "hello";
2 String str2 = "hello";
3 String str3 = new String("hello");
4 System.out.println(str1==str2);//true
5 System.out.println(str1==str3);//fasle
6 System.out.println(str2==str3);//fasle
7 System.out.println(str1.equals(str2));//true
8 System.out.println(str1.equals(str3));//true
9 System.out.println(str2.equals(str3));//true

  对于上面的情况,首先 String str1 = "hello",会先到常量池中检查是否有“hello”的存在,发现是没有的,于是在常量池中创建“hello”对象,并将常量池中的引用赋值给str1;第二个字面量 String str2 = "hello",在常量池中检测到该对象了,直接将引用赋值给str2;第三个是通过new关键字创建的对象,常量池中有了该对象了,不用在常量池中创建,然后在堆中创建该对象,并将堆中对象的引用赋值给str3。如下图所示:

  

  使用包含变量表达式创建对象:

1 String str1 = "hello";
2 String str2 = "helloworld";
3 String str3 = str1+"world";//编译器不能确定为常量(会在堆区创建一个String对象)
4 String str4 = "hello"+"world";//编译器确定为常量,直接到常量池中引用
5 
6 System.out.println(str2==str3);//fasle
7 System.out.println(str2==str4);//true
8 System.out.println(str3==str4);//fasle

  str3 由于含有变量str1,编译器不能确定是常量,会在堆区中创建一个String对象。而str4是两个常量相加,直接引用常量池中的对象即可。

 

14、intern() 方法 

  这是一个本地方法:

public native String intern();

  当调用intern方法时,如果池中已经包含一个与该String确定的字符串相同equals(Object)的字符串,则返回该字符串。否则,将此String对象添加到池中,并返回此对象的引用。

  这句话什么意思呢?就是说调用一个String对象的intern()方法,如果常量池中有该对象了,直接将常量池中的引用返回,如果没有,则将该对象添加到池中,并返回池中的引用。

 1 String str1 = "hello";//字面量 只会在常量池中创建对象
 2 String str2 = str1.intern();
 3 System.out.println(str1==str2);//true
 4 
 5 String str3 = new String("world");//new 关键字只会在堆中创建对象
 6 String str4 = str3.intern();
 7 System.out.println(str3 == str4);//false
 8 
 9 String str5 = str1 + str2;//变量拼接的字符串,会在常量池中和堆中都创建对象
10 String str6 = str5.intern();
11 System.out.println(str5 == str6);//true
12 
13 String str7 = "hello1" + "world1";//常量拼接的字符串,只会在常量池中创建对象
14 String str8 = str7.intern();
15 System.out.println(str7 == str8);//true

 

参考文档:https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/lang/String.html