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一、String 類是不可變的
1.1 不可變的原因
在Java 中，對于String 類的定義如下：
由圖可知，String 類的值存儲于其私有變量value 中，而變量 value 是final 修飾的。
而在Java 中，final 修飾引用變量時(shí)代表給該引用無法修改其對象但可以改變其狀態(tài)。
同時(shí)經(jīng)過閱讀源碼，我們發(fā)現(xiàn)，在String 類中 value 是私有變量且沒有提供對應(yīng)的setter 方法；除了構(gòu)造方法外，類中的方法也不會觸碰value 中的元素。
以substring(int beginIndex,int endIndex) 方法為例，該方法并不會去修改當(dāng)前String 對象的任何變量，而是使用 new String(...) 直接創(chuàng)建一個(gè)新的String 對象或返回自身。
也就是說，對于String 對象，一旦我們對其進(jìn)行了賦值，該對象中的value 變量也就不再會有變化了。
這就是為什么我們說String 類是不可變類的原因。
1.2 不可變的好處
String 類是不可變類，其對象已經(jīng)創(chuàng)建就不能進(jìn)行修改。因此，在多線程操作時(shí)，可以認(rèn)為其是不變的，不用擔(dān)心其他線程有意或無意間對其進(jìn)行了修改。
String 類得不可變性使其性質(zhì)類似于只讀得共享文件，不用擔(dān)心因并發(fā)操作而導(dǎo)致的一系列問題，也就沒必要使用線程同步操作，簡單方便。
二、字符串的"+" 拼接
2.1 官方解釋
在oracle jdk 8 的官方文檔中關(guān)于Sting 類的描述中有這么一段文字：
The Java language provides special support for the string concatenation operator ( + ), and for conversion of other objects to strings. String concatenation is implemented through the StringBuilder(or StringBuffer) class and its append method.
具體的翻譯是：
Java 語言提供對字符串串聯(lián)符號（ " + " ）以及將其他對象轉(zhuǎn)換為字符串的特殊支持。字符串串聯(lián)是通過 StringBuilder（或StringBuffer ）類及其 append 方法實(shí)現(xiàn)的。
2.2 append() 方法
通過查看StringBuffer 類的源碼，可以得知：對于append(...) 方法，在StringBuffer 類中并沒有進(jìn)行覆寫，而是直接調(diào)用其父類的方法來實(shí)現(xiàn)。
而StringBuffer 類的父類是AbstractStringBuilder 抽象類。
public final class StringBuffer
extends AbstractStringBuilder
implements java.io.Serializable, CharSequence
2.3 具體實(shí)現(xiàn)
在AbstractStringBuilder 抽象類中對于append(...) 方法的定義有很多，我們主要看參數(shù)為String 類型的方法，其他的均是類似的過程：
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;
}
private AbstractStringBuilder appendNull() {
int c = count;
ensureCapacityInternal(c + 4);
final char[] value = this.value;
value[c++] = 'n';
value[c++] = 'u';
value[c++] = 'l';
value[c++] = 'l';
count = c;
return this;
}
String 中對于getChars(...) 方法的定義：
public void getChars(int srcBegin, int srcEnd, char dst[], int dstBegin) {
if (srcBegin < 0) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(srcBegin);
}
if (srcEnd > value.length) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(srcEnd);
}
if (srcBegin > srcEnd) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(srcEnd - srcBegin);
}
System.arraycopy(value, srcBegin, dst, dstBegin, srcEnd - srcBegin);
}
對于以上兩段源碼，其中，
- ensureCapacityInternal(...) 方法的主要作用是擴(kuò)充value 數(shù)組的大小，其實(shí)現(xiàn)最后還是使用System.arraycopy(...) 方法實(shí)現(xiàn)對原數(shù)組的復(fù)制。
- System.arraycopy(...) 方法的作用就是實(shí)現(xiàn)數(shù)組之間的復(fù)制。
2.4 源碼解析
2.4.1 方法解析
對于System.arraycopy(...) 方法：
public static native void arraycopy(Object src, int srcPos, Object dest, int destPos, int length)
參數(shù)解釋：
- Object src : 源數(shù)組
- int srcPos : 源數(shù)組的起始位置
- Object dest : 目標(biāo)數(shù)組
- int destPos : 目標(biāo)數(shù)組的起始位置
- int length : 復(fù)制長度
實(shí)現(xiàn)功能：
將參數(shù)str 從下標(biāo)為srcPos 的位置開始，總共length 個(gè)字符( 在實(shí)際中不一定是str 的總長度 ) 復(fù)制到變量dest 中從下標(biāo)為destPos 開始的位置。
2.4.2 實(shí)際調(diào)用
在append(String str) 方法調(diào)用過程中，對于最后的System.arraycopy(...) 方法，其參數(shù)具體如下：
System.arraycopy(String.value, 0, AbstractStringBuilder.value, AbstractStringBuilder.count, str.length());
其中，
- String.value實(shí)際上就是append(String str) 方法的參數(shù)str ；
- 0 表示從str 下標(biāo)為0 的位置開始復(fù)制；
- AbstractStringBuilder.value 實(shí)際上就是StringBuffer 的字符數(shù)組，也就是說str 字符串最后添加到了StringBuffer 的字符數(shù)組后面；
- AbstractStringBuilder.count 是AbstractStringBuilder 類中字符數(shù)組value 的長度( 即StringBuffer 的字符數(shù)組的長度 )，表示第一個(gè)復(fù)制字符的存儲位置是value[count] ；
- str.length() 顧名思義，指參數(shù)str 的長度，也就是說，此次復(fù)制是復(fù)制整個(gè)str 字符串。
也就是說，在實(shí)際的運(yùn)行過程中，調(diào)用的System.arraycopy(...) 方法是這樣子的：
System.arraycopy(str, 0, value, count, len);
因?yàn)閏ount= value.length 并且 len=str.length，所以該方法實(shí)現(xiàn)的功能是：
將字符串str 拼接到字符數(shù)組value 之后，這里的value 指的是AbstractStringBuilder 類中的字符數(shù)組value ，也是StringBuffer 的字符數(shù)組。
2.5 轉(zhuǎn)換成String
經(jīng)過前面的幾步，字符串str 已經(jīng)成功拼接到了StringBuffer 的字符數(shù)組之后了，但是StringBuffer 又是怎么轉(zhuǎn)換成String 類的呢？
其實(shí)很簡單，只需要調(diào)用StringBuffer 的toString() 方法即可。
StringBuffer 類中對于toString() 方法的定義如下：
@Override
public synchronized String toString() {
if (toStringCache == null) {
toStringCache = Arrays.copyOfRange(value, 0, count);
}
return new String(toStringCache, true);
}
String 類的構(gòu)造方法：
String(char[] value, boolean share) {
// assert share : "unshared not supported";
this.value = value;
}
由上述源碼可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)調(diào)用StringBuffer 類的toString() 方法時(shí)，會自動新建一個(gè)String 對象，用以存儲StringBuffer 類中字符數(shù)組的值。
三、總結(jié)
3.1 String 類的不可變性
String 類是不可變類的原因：
- String 類的值封裝在字符數(shù)組value 中，而value 是被final 修飾的，不可以改變對象
- 字符數(shù)組value 是私有變量，且沒有提供setter 方法
- 除了構(gòu)造方法，在String 類中的方法里都沒有觸碰字符數(shù)組value 里的元素
3.2 使用"+" 進(jìn)行字符串拼接的過程
對于代碼
String str = new String("a") ;
String string = str + "b" ;
字符串拼接的全過程如下：
- 臨時(shí)創(chuàng)建一個(gè)StringBuffer 對象，并調(diào)用其append(String str) 方法進(jìn)行字符串的連接操作
- 調(diào)用StringBuffer 對象的toString() 方法轉(zhuǎn)換成String 對象，其內(nèi)容為“ab"
- 將生成的String 對象賦值給變量string
這里要注意一點(diǎn)：
當(dāng)使用運(yùn)算符"+" 連接字符串時(shí)，如果兩個(gè)操作數(shù)都是編譯時(shí)常量，則在編譯期就會計(jì)算出該字符串的值，而不會在運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建StringBuffer 或 StringBuilder 對象。
在實(shí)際編碼時(shí)，我們常提倡不使用"+" 反復(fù)進(jìn)行String 對象的連接，而是直接使用StringBuffer 或 StringBuilder 來連接的原因就是可以省去每次系統(tǒng)創(chuàng)建StringBuffer 或 StringBuilder的開銷。
至此，本文結(jié)束。我是陳冰安，一個(gè)Java學(xué)習(xí)者。歡迎關(guān)注我的公眾號【暗星涌動】，愿與你一同進(jìn)步。
