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簡談Java String

ssshooter / 2876人閱讀

摘要:而用關鍵字調用構造器,總是會創建一個新的對象,無論內容是否相同。中對象的哈希碼被頻繁地使用比如在等容器中。字符串不變性保證了碼的唯一性因此可以放心地進行緩存。對于所有包含方式新建對象包括的連接表達式,它所產生的新對象都不會被加入字符串池中。

前言

前陣子和同事在吃飯時聊起Java的String,覺得自己之前的筆記寫的略顯零散。故此又重新整理了一下。

String在Java中算是一個有意思的類型,是final類型,因此不可以繼承這個類、不能修改這個類。

兩個小問題

我們先來看一段代碼:

String s = "Hello";
s = s + " world!";

試問:這兩行代碼執行后,原始的 String 對象中的內容到底變了沒有?

答案是沒有。因為 String 被設計成不可變(immutable)類,所以它的所有對象都是不可變對象。在 這段代碼中,s 原先指向一個 String 對象,內容是 "Hello",然后我們對 s 進行了+操作。這時,s 不指向原來那個對象了, 而指向了另一個 String 對象,內容為"Hello world!",原來那個對象還存在于內存之中,只 是 s 這個引用變量不再指向它了。

通過上面的說明,我們很容易導出另一個結論,如果經常對字符串進行各種各樣的修改,或 者說,不可預見的修改,那么使用 String 來代表字符串的話會引起很大的內存開銷。因為 String 對象建立之后不能再改變,所以對于每一個不同的字符串,都需要一個 String 對象來 表示。這時,應該考慮使用 StringBuffer類,它允許修改,而不是每個不同的字符串都要生 成一個新的對象。并且,這兩種類的對象轉換十分容易。

同時,我們還可以知道,如果要使用內容相同的字符串,不必每次都 new 一個 String。例 如我們要在構造器中對一個名叫 s 的 String 引用變量進行初始化,把它設置為初始值,應當這樣做:

 public class Demo {
   private String s;
   ...
   public Demo {
     s = "Initial Value";
      }
      ...
      //而非 s = new String("Initial Value");
}

前者每次都會調用構造器,生成新對象,性能低下且內存開銷大,并且沒有意義,因為 String 對象不可改變,所以對于內容相同的字符串,只要一個 String 對象來表示就可以了。也就 說,多次調用上面的構造器創建多個對象,他們的 String 類型屬性 s 都指向同一個對象。 上面的結論還基于這樣一個事實:對于字符串常量,如果內容相同,Java 認為它們代表同 一個 String 對象。而用關鍵字 new 調用構造器,總是會創建一個新的對象,無論內容是否 相同。

再請大家看一段代碼:

String s = new String("xyz");

問題:創建了幾個 String Object?二者之間有什么區別?

一個或兩個

”xyz”對應一個對象,這個對象放在字符串常量池,常量”xyz”不管出現多少遍,都是緩沖區中的那一個。New String 每寫一遍,就創建一個新的對象在堆上。

如果以前就用過’xyz’,這句代表就不會 創建”xyz”自己了,直接從字符串常量池拿。

常量池

在Java中,其實有很多常量池相關的概念:

常量池表(constant_pool table)

Class文件中存儲所有常量(包括字符串)的table

這是Class文件中的內容,還不是運行時的內容,不要理解它是個池子,其實就是Class文件中的字節碼指令

運行時常量池(Runtime Constant Pool)

JVM內存中方法區的一部分,這是運行時的內容

這部分內容(絕大部分)是隨著JVM運行時候,從常量池轉化而來,每個Class對應一個運行時常量池

前面說的絕大部分是因為:除了 Class中常量池內容,還可能包括動態生成并加入這里的內容

字符串常量池(String Pool)

這部分也在方法區中,但與Runtime Constant Pool不是一個概念,String Pool是JVM實例全局共享的,全局只有一個

JVM規范要求進入這里的String實例叫“被駐留的interned string”,各個JVM可以有不同的實現,HotSpot是設置了一個哈希表StringTable來引用堆中的字符串實例,被引用就是被駐留。

類似這種常量池的思想即涉及到了一個設計模式——享元模式。顧名思義,共享元素。

也就是說:一個系統中如果有多處用到了相同的一個元素,那么我們應該只存儲一份此元素,而讓所有地方都引用這一個元素

不可變的String

那么為什么要不可變呢?

主要是為了安全與效率。

安全

String被許多的Java類庫用來當做參數。例:

URL、IP

文件路徑path

反射機制所需要的String參數

等等...

假若String不是固定不變的,將會引起各種安全隱患。

效率

在前面提到過常量池的享元模式。這樣在拷貝或者創建內容相同對象時,就不必復制對象本身,而是只要引用它即可。這樣的開銷比起copy object是天差地別的。另外,也就只有不可變對象才能使用常量池,因為可以保證引用同一常量值的多個變量不產生相互影響。

同樣也是由于String對象的不可變特性,所以String對象可以自身緩存HashCode。Java中String對象的哈希碼被頻繁地使用, 比如在hashMap 等容器中。字符串不變性保證了hash碼的唯一性,因此可以放心地進行緩存。這也是一種性能優化手段,意味著不必每次都去計算新的哈希碼:

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable, CharSequence {
    /** The value is used for character storage. */
    private final char value[];

    /** Cache the hash code for the string */
    private int hash; // Default to 0
其他 String 和 StringBuffer

JAVA 平臺提供了兩個類:String 和 StringBuffer,它們可以儲存和操作字符串,即包含多個字符的字符數據。這個 String 類提供了數值不可改變的字符串。而這個 StringBuffer 類提供 的字符串進行修改。當你知道字符數據要改變的時候你就可以使用 StringBuffer。典型地, 你可以使用 StringBuffers 來動態構造字符數據。另外,String 實現了 equals 方法,new String(“abc”).equals(newString(“abc”)的結果為true,而StringBuffer沒有實現equals方法, 所以,new StringBuffer(“abc”).equals(newStringBuffer(“abc”)的結果為 false。

接著要舉一個具體的例子來說明,我們要把1到100的所有數字拼起來,組成一個串。

StringBuffer sbf = new StringBuffer();
 for(int i=0;i<100;i++){
           sbf.append(i);
    }

上面的代碼效率很高,因為只創建了一個 StringBuffer 對象,而下面的代碼效率很低,因為 創建了101個對象。

 String str = new String();
   for(int i=0;i<100;i++) {
             str = str + i;
}

在講兩者區別時,應把循環的次數搞成10000,然后用 endTime-beginTime 來比較兩者執 行的時間差異。

String 覆蓋了 equals 方法和 hashCode 方法,而 StringBuffer沒有覆蓋 equals 方法和 hashCode 方法,所以,將 StringBuffer對象存儲進 Java集合類中時會出現問題

StringBuilder與 StringBuffer

StringBuilder不是線程安全的,但是單線程中中的性能比StringBuffer高。

Demo Code String對象創建方式
  String str1 = "abcd";
  String str2 = new String("abcd");
  System.out.println(str1==str2);//false

這兩種不同的創建方法是有差別的:

第一種方式是在常量池中拿對象

第二種方式是直接在堆內存空間創建一個新的對象。只要使用new方法,便會創建新的對象

連接表達式 +

只有使用引號包含文本的方式創建的String對象之間使用“+”連接產生的新對象才會被加入字符串池中。

對于所有包含new方式新建對象(包括null)的“+”連接表達式,它所產生的新對象都不會被加入字符串池中。

String str1 = "str";
String str2 = "ing";

String str3 = "str" + "ing";
String str4 = str1 + str2;
System.out.println(str3 == str4);//false

String str5 = "string";
System.out.println(str3 == str5);//true
連接表達式demo1
public static final String str1 = "ab";
public static final String str2 = "cd";

public static void main(String[] args) {
    String s = str1 + str2;  // 將兩個常量用+連接對s進行初始化
    String t = "abcd";
    if (s == t) {
        System.out.println("s等于t,它們是同一個對象");
    } else {
        System.out.println("s不等于t,它們不是同一個對象");
    }
}

s等于t,它們是同一個對象

A和B都是常量,值是固定的,因此s的值也是固定的,它在類被編譯時就已經確定了。也就是說:String s=A+B; 等同于:String s="ab"+"cd";

連接表達式demo2
public static final String str1;
public static final String str2;

static {
    str1 = "ab";
    str2 = "cd";
}

public static void main(String[] args) {
// 將兩個常量用+連接對s進行初始化
    String s = str1 + str2;
    String t = "abcd";
    if (s == t) {
        System.out.println("s等于t,它們是同一個對象");
    } else {
        System.out.println("s不等于t,它們不是同一個對象");
    }
}

s不等于t,它們不是同一個對象

A和B雖然被定義為常量,但是它們都沒有馬上被賦值。在運算出s的值之前,他們何時被賦值,以及被賦予什么樣的值,都是個變數。因此A和B在被賦值之前,性質類似于一個變量。那么s就不能在編譯期被確定,而只能在運行時被創建了。

intern方法

運行時常量池相對于Class文件常量池的另外一個重要特征是具備動態性,Java語言并不要求常量一定只有編譯期才能產生,也就是并非預置入Class文件中常量池的內容才能進入方法區運行時常量池,運行期間也可能將新的常量放入池中,這種特性被開發人員利用比較多的就是String類的intern()方法。

String的intern()方法會查找在常量池中是否存在一份equal相等的字符串,如果有則返回該字符串的引用,如果沒有則添加自己的字符串進入常量池。

public static void main(String[] args) {    
   String s1 = new String("計算機");
   String s2 = s1.intern();
   String s3 = "計算機";
   System.out.println("s1 == s2? " + (s1 == s2));
   System.out.println("s3 == s2? " + (s3 == s2));
}
//s1 == s2? false
//s3 == s2? true
一個較為豐富的demo
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        String hello = "Hello", lo = "lo";
        System.out.println((hello == "Hello") + " ");
        System.out.println((Other.hello == hello) + " ");
        System.out.println((other.Other.hello == hello) + " ");
        System.out.println((hello == ("Hel" + "lo")) + " ");
        System.out.println((hello == ("Hel" + lo)) + " ");
        System.out.println(hello == ("Hel" + lo).intern());
    }
}
class Other {
    static String hello = "Hello";
}
package other;

public class Other {
    public static String hello = "Hello";
}
//true true true true false true

在同包同類下,引用自同一String對象

在同包不同類下,引用自同一String對象

在不同包不同類下,依然引用自同一String對象

在編譯成.class時能夠識別為同一字符串的,自動優化成常量,引用自同一String對象

在運行時創建的字符串具有獨立的內存地址,所以不引用自同一String對象

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