初探String

2018-07-20 本文已影响3人黄金矿工00七

平时只知道使用String，却不知道String有这么多奥秘，今天就来好好探讨一下。

String概述

我们从源码下手

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

首先看到String是一个final的类，甚至所有的变量都是final修饰，final有什么用呢？

final：final 可以用来修饰类、方法、变量，分别有不同的意义，final 修饰的 class 代表不可以继承扩展，final 的变量是不可以修改的，而 final 的方法也是不可以重写的。
在Java.lang包中的很多类都是被声明为final，目的是为了保证基础功能不被修改，保证平台的安全。
很多人看到上面的说法会认为final修饰的类或者变量时不可变的，这是错误的，final不等于immutable，举个简单的例子：final List strList =new ArrayList.....只能保证list这个引用不可以被修改，但不能保证list的对象行为（关于对象行为，面向对象我在这里面有说过，不在赘述）

不可变性

image.png

实现原理：
1. final修饰类和成员变量
  我们知道包括String是一个典型的immutable类，显然final是为了实现这个目标而来的，但是仅仅是final是不够的，就像我们上面说的List一样，String内部维护了一个char数组用来存储字符串中的字符，我可以对数组元素做修改啊。
2. private成员变量
  /** The value is used for character storage. */
  private final char value[];
  String类没有暴露任何内部成员字段
3. 没有任何setter方法
  String提供的方法中没有任何一个可以让我们修改value字段
4. 构造器实现了深拷贝

 /**
     * Allocates a new {@code String} so that it represents the sequence of
     * characters currently contained in the character array argument. The
     * contents of the character array are copied; subsequent modification of
     * the character array does not affect the newly created string.
     *
     * @param  value
     *         The initial value of the string
     */
    public String(char value[]) {
        this.value = Arrays.copyOf(value, value.length);
    }

以上所说的是String成为了一个immutable类，这也是我们以后设计不可变类的一些方式

不可变的好处
其实简单来说就两个字：安全
举个简单的例子：在hashmap或者hashset中，使用String做键，如果使用可变类做键，那么可容易就破坏键值的唯一性


public class Test {


  public static void main(String[] args) {
    HashSet<String> strings = new HashSet<>();
    String s = "1";
    strings.add(s);
    String s1 = s;
    s1 += "123";
    System.out.println(strings);
    HashSet<StringBuilder> stringBuilders = new HashSet<>();
    StringBuilder sb = new StringBuilder("1");
    stringBuilders.add(sb);
    StringBuilder sb1 = sb;
    sb1.append("123");
    System.out.println(stringBuilders);
  }
}

image.png
使用可变类的时候键值被修改，这是很大的问题
第二个例子：多并发的场景下，使用可变类需要额外的同步并且很容易出问题，但是不可变类就不存在这些问题（为啥？不可变类的状态只有一种，并且由构造函数来控制，所以是无法修改的，也就不存在线程安全问题）

性能：
在我们的应用程序中，String是大量被使用的，如果重复的创建大量的对象，必然会造成性能的下降，这里也是String使用final的目的之一，对于重复的字符串对象，使用常量池来避免大量的对象创建和销毁。

String常量池

在上一篇关于Java内存区域管理的文章中大概的说了一下方法区，在Java8中，String常量池移入了堆中

image.png

大概是这个样子，详细的我就不再画了。
常量池是干啥的？
很明显，用来缓存String对象的呗，复用。
String常量可能会在两种时机进入常量池：

编译期：通过双引号声明的常量（包括显示声明、静态编译优化后的常量，如”1”+”2”优化为常量”12”），在前端编译期将被静态的写入class文件中的“常量池”。该“常量池”会在类加载后被载入“内存中的常量池”，也就是我们平时所说的常量池。同时，JIT优化也可能产生类似的常量。
引用网上的一些例子：

使用 ” ” 双引号创建 ： String s1 = “first”;
使用字符串连接符拼接 ： String s2=”se”+”cond”;
使用字符串加引用拼接 ： String s12=”first”+s2;
使用new String(“”)创建 ： String s3 = new String(“three”);
使用new String(“”)拼接 ： String s4 = new String(“fo”)+”ur”;
使用new String(“”)拼接 ： String s5 = new String(“fo”)+new String(“ur”);

image.png
我们看到所有的字面量被放进了常量池，这里要注意的是下面这个例子：

 String result = "hello" + "world" ;
常量池中是helloworld

String a="hello";
String b="world";
String result =a+b；
常量池中是hello和world
final String a="hello";
final String b="world";
String result =a+b；
常量池中是hello和world 以及helloworld

运行期：调用String#intern()方法，可能将该String对象动态的写入上述“内存中常量池”
但是，在Java6之后，由于SCP内存位置的变化，intern也发生了变化String#intern 方法时，如果存在堆中的对象，会直接保存对象的引用，而不会重新创建对象。

public static void main(String[] args) {
    String s = new String("1");
    s.intern();
    String s2 = "1";
    System.out.println(s == s2);

    String s3 = new String("1") + new String("1");
    s3.intern();
    String s4 = "11";
    System.out.println(s3 == s4);
    //这段代码更加直观
    //  String s3 = new String("1") + new String("1");
    //  System.out.println(s3 == s3.intern(););
}

这里我用的jdk8做的测试结果为false和true

image.png

String s = new String("1"); 第一句代码，生成了2个对象。常量池中的“1” 和 JAVA Heap 中的字符串对象。s.intern(); 这一句是 s 对象去常量池中寻找后发现 “1” 已经在常量池里了。接下来String s2 = "1"; 这句代码是生成一个 s2的引用指向常量池中的“1”对象。结果就是 s 和 s2 的引用地址明显不同。
String s3 = new String("1") + new String("1");，这句代码中现在生成了2最终个对象，是字符串常量池中的“1” 和 JAVA Heap 中的 s3引用指向的对象。中间还有2个匿名的new String("1")我们不去讨论它们。此时s3引用对象内容是"11"，但此时常量池中是没有 “11”对象的。
接下来s3.intern();这一句代码，是将 s3中的“11”字符串放入 String 常量池中，因为此时常量池中不存在“11”字符串，关键点是 jdk76以后常量池不在 Perm 区域了，这块做了调整。常量池中不需要再存储一份对象了，可以直接存储堆中的引用。这份引用指向 s3 引用的对象。也就是说引用地址是相同的。

public static void main(String[] args) {
    //intern下调
    String s = new String("1");
    String s2 = "1";
    s.intern();
    System.out.println(s == s2);

    String s3 = new String("1") + new String("1");
    String s4 = "11";
    s3.intern();
    System.out.println(s3 == s4);
     
}

image.png

运行结果为false，false，为啥呢，String s = new String("1"); 第一句代码，生成了2个对象。常量池中的“1” 和 JAVA Heap 中的字符串对象。。接下来String s2 = "1";这一句是 s2 对象去常量池中寻找后发现 “1” 已经在常量池里了，所以s2引用的是常量池的对象，s.intern这句代码已经没有作用了，因为常量池中已经存在1了。结果就是 s 和 s2 的引用地址明显不同
String s3 = new String("1") + new String("1");，这句代码中现在生成了2最终个对象，是字符串常量池中的“1” 和 JAVA Heap 中的 s3引用指向的对象。中间还有2个匿名的new String("1")我们不去讨论它们。此时s3引用对象内容是"11"，但此时常量池中是没有 “11”对象的。然后 String s4 = "11";在常量池中生成了11对象，所以s4这时候是指向常量池中的对象的，s3.intern也没有任何影响，因为常量池中已经存在11对象了
最后总结一下就是：String#intern 方法时，如果常量池中存在对象，则返回常量池中的对象；否则，如果存在堆中的对象，会直接保存对象的引用，而不会重新创建对象。（常量池中既有对象也有引用）

intern注意事项
JAVA 使用 jni 调用c++实现的StringTable的intern方法, StringTable的intern方法跟Java中的HashMap的实现是差不多的, 只是不能自动扩容。默认大小是60013（Java8）。

要注意的是，String的String Pool是一个固定大小的Hashtable，默认值大小长度是60013，如果放进String Pool的String非常多，就会造成Hash冲突严重，从而导致链表会很长，而链表长了后直接会造成的影响就是当调用String.intern时性能会大幅下降（因为要一个一个找）。
可以使用下面命令查看你的StringTable大小
-XX:+PrintStringTableStatistic...

初探String

String概述

不可变性

String常量池

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