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  • Java基础3:深入理解String及包装类

    Java基础3:深入理解String及包装类

    String的连接

    @Test
    public void contact () {
       //1连接方式
       String s1 = "a";
       String s2 = "a";
       String s3 = "a" + s2;
       String s4 = "a" + "a";
       String s5 = s1 + s2;
       //表达式只有常量时,编译期完成计算
       //表达式有变量时,运行期才计算,所以地址不一样
       System.out.println(s3 == s4); //f
       System.out.println(s3 == s5); //f
       System.out.println(s4 == "aa"); //t

    }

    String类型的intern

    public void intern () {
       //2:string的intern使用
       //s1是基本类型,比较值。s2是string实例,比较实例地址
       //字符串类型用equals方法比较时只会比较值
       String s1 = "a";
       String s2 = new String("a");
       //调用intern时,如果s2中的字符不在常量池,则加入常量池并返回常量的引用
       String s3 = s2.intern();
       System.out.println(s1 == s2); //f
       System.out.println(s1 == s3); //t
    }

    String类型的equals

    //字符串的equals方法
    //   public boolean equals(Object anObject) {
    //           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;
    //                   while (n-- != 0) {
    //                       if (v1[i] != v2[i])
    //                           return false;
    //                       i++;
    //                   }
    //                   return true;
    //               }
    //           }
    //           return false;
    //       }

    StringBuffer和Stringbuilder

    底层是继承父类的可变字符数组value

    /**
    * The value is used for character storage.
    */
    char[] value;
    初始化容量为16

    /**
    * Constructs a string builder with no characters in it and an
    * initial capacity of 16 characters.
    */
    public StringBuilder() {
       super(16);
    }
    //这两个类的append方法都是来自父类AbstractStringBuilder的方法

    public AbstractStringBuilder append(String str) {
       if (str == null)
           return appendNull();
       int len = str.length();
       ensureCapacityInternal(count + len);
       str.getChars(0, len, value, count);
       count += len;
       return this;
    }
    @Override
    public StringBuilder append(String str) {
       super.append(str);
       return this;
    }

    @Override
    public synchronized StringBuffer append(String str) {
       toStringCache = null;
       super.append(str);
       return this;
    }

    append

    Stringbuffer在大部分涉及字符串修改的操作上加了synchronized关键字来保证线程安全,效率较低。

    String类型在使用 + 运算符例如

    String a = "a"

    a = a + a;时,实际上先把a封装成stringbuilder,调用append方法后再用tostring返回,所以当大量使用字符串加法时,会大量地生成stringbuilder实例,这是十分浪费的,这种时候应该用stringbuilder来代替string。

    扩容

    //注意在append方法中调用到了一个函数

    ensureCapacityInternal(count + len);
    //该方法是计算append之后的空间是否足够,不足的话需要进行扩容

    public void ensureCapacity(int minimumCapacity) {
       if (minimumCapacity > 0)
           ensureCapacityInternal(minimumCapacity);
    }
    private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) {
       // overflow-conscious code
       if (minimumCapacity - value.length > 0) {
           value = Arrays.copyOf(value,
                   newCapacity(minimumCapacity));
      }
    }
    /*如果新字符串长度大于value数组长度则进行扩容

    扩容后的长度一般为原来的两倍 + 2;

    假如扩容后的长度超过了jvm支持的最大数组长度MAX_ARRAY_SIZE。

    考虑两种情况

    如果新的字符串长度超过int最大值,则抛出异常,否则直接使用数组最大长度作为新数组的长度。*/

    private int hugeCapacity(int minCapacity) {
       if (Integer.MAX_VALUE - minCapacity < 0) { // overflow
           throw new OutOfMemoryError();
      }
       return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE)
           ? minCapacity : MAX_ARRAY_SIZE;
    }

    删除

    这两个类型的删除操作:

    都是调用父类的delete方法进行删除

    public AbstractStringBuilder delete(int start, int end) {
       if (start < 0)
           throw new StringIndexOutOfBoundsException(start);
       if (end > count)
           end = count;
       if (start > end)
           throw new StringIndexOutOfBoundsException();
       int len = end - start;
       if (len > 0) {
           System.arraycopy(value, start+len, value, start, count-end);
           count -= len;
      }
       return this;
    }
    //事实上是将剩余的字符重新拷贝到字符数组value。

    这里用到了system.arraycopy来拷贝数组,速度是比较快的

    system.arraycopy方法

    转自知乎:

    在主流高性能的JVM上(HotSpot VM系、IBM J9 VM系、JRockit系等等),可以认为System.arraycopy()在拷贝数组时是可靠高效的——如果发现不够高效的情况,请报告performance bug,肯定很快就会得到改进。

    java.lang.System.arraycopy()方法在Java代码里声明为一个native方法。所以最native的实现方式就是通过JNI调用JVM里的native代码来实现。

    String的不可变性

    关于String的不可变性,这里转一个不错的回答

    什么是不可变?

    String不可变很简单,如下图,给一个已有字符串”abcd”第二次赋值成”abcedl”,不是在原内存地址上修改数据,而是重新指向一个新对象,新地址。

    String为什么不可变?

    翻开JDK源码,java.lang.String类起手前三行,是这样写的:

    public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {   
    /** String本质是个char数组. 而且用final关键字修饰.*/    
    private final char value[]; ... ...
    }

    首先String类是用final关键字修饰,这说明String不可继承。再看下面,String类的主力成员字段value是个char[]数组,而且是用final修饰的。

    final修饰的字段创建以后就不可改变。 有的人以为故事就这样完了,其实没有。因为虽然value是不可变,也只是value这个引用地址不可变。挡不住Array数组是可变的事实。

    Array的数据结构看下图。

    也就是说Array变量只是stack上的一个引用,数组的本体结构在heap堆。

    String类里的value用final修饰,只是说stack里的这个叫value的引用地址不可变。没有说堆里array本身数据不可变。看下面这个例子,

    final int[] value={1,2,3} ;
    int[] another={4,5,6};
     value=another;    //编译器报错,final不可变 value用final修饰,编译器不允许我把value指向堆区另一个地址。
    但如果我直接对数组元素动手,分分钟搞定。
    
     final int[] value={1,2,3};
     value[2]=100;  //这时候数组里已经是{1,2,100}   所以String是不可变,关键是因为SUN公司的工程师。
     在后面所有String的方法里很小心的没有去动Array里的元素,没有暴露内部成员字段。
    
    private final char value[]这一句里,private的私有访问权限的作用都比final大。而且设计师还很小心地把整个String设成final禁止继承,避免被其他人继承后破坏。所以String是不可变的关键都在底层的实现,而不是一个final。考验的是工程师构造数据类型,封装数据的功力。 
    

    不可变有什么好处?

    这个最简单地原因,就是为了安全。看下面这个场景(有评论反应例子不够清楚,现在完整地写出来),一个函数appendStr( )在不可变的String参数后面加上一段“bbb”后返回。appendSb( )负责在可变的StringBuilder后面加“bbb”。

    总结以下String的不可变性。

    1 首先final修饰的类只保证不能被继承,并且该类的对象在堆内存中的地址不会被改变。

    2 但是持有String对象的引用本身是可以改变的,比如他可以指向其他的对象。

    3 final修饰的char数组保证了char数组的引用不可变。但是可以通过char[0] = ‘a’来修改值。不过String内部并不提供方法来完成这一操作,所以String的不可变也是基于代码封装和访问控制的。

    举个例子

    final class Fi {
        int a;
        final int b = 0;
        Integer s;
    
    }
    final char[]a = {'a'};
    final int[]b = {1};
    @Test
    public void final修饰类() {
        //引用没有被final修饰,所以是可变的。
        //final只修饰了Fi类型,即Fi实例化的对象在堆中内存地址是不可变的。
        //虽然内存地址不可变,但是可以对内部的数据做改变。
        Fi f = new Fi();
        f.a = 1;
        System.out.println(f);
        f.a = 2;
        System.out.println(f);
        //改变实例中的值并不改变内存地址。
    
    
        Fi ff = f;
        //让引用指向新的Fi对象,原来的f对象由新的引用ff持有。
        //引用的指向改变也不会改变原来对象的地址
        f = new Fi();
        System.out.println(f);
        System.out.println(ff);
    }
    这里的对f.a的修改可以理解为char[0] = 'a'这样的操作。只改变数据值,不改变内存值。
    
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