走进JDK(二)------String

 本文基于java8.

基本概念：

• Jvm 内存中 String 的表示是采用 unicode 编码
• UTF-8 是 Unicode 的实现方式之一

一、String定义

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

String是个final类，不允许继承。并且实现了Serializable, Comparable<String>, CharSequence接口

• java.io.Serializable

　　　　这个序列化接口没有任何方法和域，仅用于标识序列化的语意。

• Comparable<String>

　　　　这个接口只有一个compareTo(T 0)接口，用于对两个实例化对象比较大小。

• CharSequence

　　　　这个接口是一个只读的字符序列。包括length(), charAt(int index), subSequence(int start, int end)这几个API接口，值得一提的是，StringBuffer和StringBuild也是实现了改接口。

 

二、主要成员变量

//String的底层是一个字符数组,并且为private final，决定了String一旦创建，无法通过方法去改变该String对象的值
private final char value[];
//hash是String实例化的hashcode的一个缓存。因为String经常被用于比较，比如在HashMap中。如果每次进行比较都重新计算hashcode的值的话，那无疑是比较麻烦的，而保存一个hashcode的缓存无疑能优化这样的操作。
private int hash;
//Java的序列化机制是通过判断类的serialVersionUID来验证版本一致性的。在进行反序列化时，JVM会把传来的字节流中的serialVersionUID与本地相应实体类的serialVersionUID进行比较，如果相同就认为是一致的，可以进行反序列化，
否则就会出现序列化版本不一致的异常，即是InvalidCastException。
private static final long serialVersionUID = -6849794470754667710L;

三、构造函数

public String() {
    this.value = "".value;
}
public String(String original) {
    this.value = original.value;
    this.hash = original.hash;
}
//当传入char[]时，通过Arrays.copyOf()复制该数组给到Stirng的成员变量value[]中
public String(char value[]) {
    this.value = Arrays.copyOf(value, value.length);
}
//传入char[]，可以自定义起始位置，元素个数
public String(char value[], int offset, int count) {
    if (offset < 0) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(offset);
    }
    if (count <= 0) {
        if (count < 0) {
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(count);
        }
        if (offset <= value.length) {
            this.value = "".value;
            return;
        }
    }
        
    if (offset > value.length - count) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(offset + count);
    }
    this.value = Arrays.copyOfRange(value, offset, offset+count);
}
//也可以传入byte[]，并且指定起始位置，长度以及编码类型
public String(byte bytes[], int offset, int length, Charset charset) {
    if (charset == null)
        throw new NullPointerException("charset");
    checkBounds(bytes, offset, length);
    this.value =  StringCoding.decode(charset, bytes, offset, length);
}
//也可以传入byte[]，并且指定起始位置，长度
public String(byte bytes[], int offset, int length) {
    checkBounds(bytes, offset, length);
    this.value = StringCoding.decode(bytes, offset, length);
}

public String(StringBuffer buffer) {
    synchronized(buffer) {
        this.value = Arrays.copyOf(buffer.getValue(), buffer.length());
    }
}

public String(StringBuilder builder) {
    this.value = Arrays.copyOf(builder.getValue(), builder.length());
}

总之，String提供的构造函数可以将String、char[]、byte[]、StringBuffer、StringBuilder等多种参数类型的初始化方法。但本质上，其实就是将接收到的参数传递给全局变量value[]。

四、length()、isEmpty()、charAt()

//返回当前字符串的字符数量
public int length() {
     return value.length;
}
//判断字符串为空的方法就是判断字符数组的长度是否为0
public boolean isEmpty() {
     return value.length == 0;
}
//根据对应的index获取char
public char charAt(int index) {
    if ((index < 0) || (index >= value.length)) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(index);
    }
    return value[index];
}    
//根据指定的编码格式，将String转换成byte[]
public byte[] getBytes(String charsetName) throws UnsupportedEncodingException {
     if (charsetName == null) throw new NullPointerException();
     return StringCoding.encode(charsetName, value, 0, value.length);
}
public byte[] getBytes(Charset charset) {
    if (charset == null) throw new NullPointerException();
    return StringCoding.encode(charset, value, 0, value.length);
}
//得到一个操作系统默认的编码格式的字节数组
public byte[] getBytes() {
    return StringCoding.encode(value, 0, value.length);
}

五、equals()、compareTo()

1、equals()

public boolean equals(Object anObject) {
        //如果引用的是同一个对象，自然是相等的
        if (this == anObject) {
            return true;
        }
        if (anObject instanceof String) {
            String anotherString = (String)anObject;
            int n = value.length;
            if (n == anotherString.value.length) {
                char v1[] = value;
                char v2[] = anotherString.value;
                int i = 0;
                //挨个字符进行比较
                while (n-- != 0) {
                    if (v1[i] != v2[i])
                        return false;
                    i++;
                }
                return true;
            }
        }
        return false;
    }         

2、compareTo()

//compareTo()：
//1、当当前String对象<入参，返回-1
//2、当前String对象=入参，返回0
//3、当前String对象>入参，返回1
public int compareTo(String anotherString) {
        int len1 = value.length;
        int len2 = anotherString.value.length;
        //取两个String中较小的长度
        int lim = Math.min(len1, len2);
        char v1[] = value;
        char v2[] = anotherString.value;

        int k = 0;
        while (k < lim) {
            char c1 = v1[k];
            char c2 = v2[k];
            //当出现第一个不同字符的时候，比较大小
            if (c1 != c2) {
                return c1 - c2;
            }
            k++;
        }
        //如果在规定的长度内，两个字符串一致，则比较字符串的长度
        return len1 - len2;
    }

六、hashCode()、getBytes()

public int hashCode() {
        //hash用于保存当前字符串的hash值
        int h = hash;
        if (h == 0 && value.length > 0) {
            char val[] = value;
            for (int i = 0; i < value.length; i++) {
               //为啥乘以31？主要是因为31是一个奇质数，所以31*i=32*i-i=(i<<5)-i，这种位移与减法结合的计算相比一般的运算快很多。
                h = 31 * h + val[i];
            }
            hash = h;
        }
        return h;
    }

getBytes()的实现主要有以下几种：

//按照给定的字符编码返回对应的字节数组
public byte[] getBytes(String charsetName)
            throws UnsupportedEncodingException {
        if (charsetName == null) throw new NullPointerException();
        return StringCoding.encode(charsetName, value, 0, value.length);
    }

    public byte[] getBytes(Charset charset) {
        if (charset == null) throw new NullPointerException();
        return StringCoding.encode(charset, value, 0, value.length);
    }
    //按照系统默认编码方式进行
    public byte[] getBytes() {
        return StringCoding.encode(value, 0, value.length);
    }

 七、intern()

public native String intern();

作用：将该字符串人工写入到字符串常量池。

先来看一组面试当中经常会出现的，如下：

String s1 = "Hello";
String s2 = "Hello";
String s3 = "Hel" + "lo";
String s4 = "Hel" + new String("lo");
String s5 = new String("Hello");
String s6 = s5.intern();
String s7 = "H";
String s8 = "ello";
String s9 = s7 + s8;

System.out.println(s1 == s2); // true
System.out.println(s1 == s3); // true
System.out.println(s1 == s4); // false
System.out.println(s1 == s9); // false
System.out.println(s4 == s5); // false
System.out.println(s1 == s6); // true

在java中，给String赋值主要有两种方式：

//一、直接字面量进行赋值
String str = "Hello";
//二、通过new关键字创建一个String对象
String str = new String("Hello");

再来看一下jvm中的内存模型：

先说第二种方式，由于是new一个对象，无可厚非，先在堆中开辟一块空间，然后创建一个String对象，并且在需要使用此对象的地方保存一个引用，指向堆中的位置。

而由于String又是不可改变的，自然就会想到利用缓存的概念。试想如果一段代码或是一个jvm中有一万个String str = "阿里马云";难道要在堆中保存一万个对象吗？很明显这种设计是比较low的。因此jvm对于字面量声明的方式，在堆中创建字符串，

、然后将字符串的引用存放在方法区的字符串常量池中，也就是说如果都是String str = "阿里马云";的声明方式，那么整个jvm中只会有一个对象存放在堆中，常量池中保存该对象的引用。

ok，那么上面的面试题就可以一题题来解释了

1、s1、s2都是字面量声明，是一个对象，true
2、s3则是两个字面量拼接而成，编译器会进行优化(编译器优化的目的只有一个，就是提高性能)，在编译时s3就变成“Hello”了，所以s1==s3。
3、s4虽然也是拼接，但“lo”是通过new关键字创建的，在编译期无法知道它的地址，所以不能像s3一样优化。所以必须要等到运行时才能确定，必然新对象的地址和前面的不同。
4、同理，s9由两个变量拼接，编译期也不知道他们的具体位置，不会做出优化。
5、s5是new出来的，在堆中的地址肯定和s4不同。
6、s6利用intern()方法得到了s5在字符串池的引用，并不是s5本身的地址。由于它们在字符串池的引用都指向同一个“Hello”对象，自然s1==s6。

总结：

• 字面量创建字符串会先在字符串池中找，看是否有相等的对象，没有的话就在堆中创建，把地址驻留在字符串池；有的话则直接用池中的引用，避免重复创建对象。
• new关键字创建时，在运行时会创建一个新对象，变量所引用的都是这个新对象的地址。

 其他还有类似indexOf、substring等相对简单，不补充说明了