String類(lèi)的實(shí)現(xiàn)方式
在Java 9之前，String類(lèi)是由char數(shù)組實(shí)現(xiàn)的，每個(gè)char占用兩個(gè)字節(jié)的內(nèi)存空間。而在Java 9中，String類(lèi)引入了一種稱為"Compact Strings"的新實(shí)現(xiàn)方式，將字符串的表示方式從char數(shù)組改為byte數(shù)組，并使用一種編碼方式將Unicode字符映射到一個(gè)或兩個(gè)字節(jié)的表示方式。這種實(shí)現(xiàn)方式可以大大減少內(nèi)存使用，尤其是對(duì)于包含大量ASCII字符的字符串。
為什么這么說(shuō)呢？JDK9中，引入了一個(gè)coder標(biāo)識(shí)，用來(lái)區(qū)分是普通的拉丁字母還是UTF16字符。
static final byte LATIN1 = 0;
static final byte UTF16 = 1;
我們?cè)谌粘Ｊ褂弥锌赡芎芏嗲闆r下大量使用英文字母，較少使用一些中文或者其他復(fù)雜的字符，這時(shí)候JDK9中的這種優(yōu)化就能有很大的用處，因?yàn)榘凑赵綣DK8的方案，無(wú)論是什么內(nèi)容，就統(tǒng)一按照char來(lái)存儲(chǔ)，這樣對(duì)于那些普通的英文字母根本不需要用兩個(gè)字節(jié)的空間，一個(gè)字節(jié)就夠了，如果涉及到大量的這種純英文字母的字符串，此時(shí)JDK9的存儲(chǔ)上的優(yōu)化就大大體現(xiàn)了出來(lái)。
String類(lèi)中的方法
- 構(gòu)造方法
String(): 創(chuàng)建一個(gè)空字符串。String(char[] value): 創(chuàng)建一個(gè)包含指定字符序列的字符串。String(byte[] bytes): 使用默認(rèn)字符集解碼指定的字節(jié)數(shù)組，創(chuàng)建一個(gè)新的字符串。String(String original): 創(chuàng)建一個(gè)與指定字符串內(nèi)容相同的新字符串。
- 字符串操作方法
charAt(int index): 返回指定位置上的字符。concat(String str): 將指定字符串連接到此字符串的末尾。substring(int beginIndex): 返回一個(gè)新的字符串，它是此字符串的子字符串。substring(int beginIndex, int endIndex): 返回一個(gè)新的字符串，它是此字符串的子字符串。replace(char oldChar, char newChar): 返回一個(gè)新字符串，它是通過(guò)用新字符替換此字符串中出現(xiàn)的所有舊字符得到的。replaceAll(String regex, String replacement): 用指定的字符串替換所有匹配給定的正則表達(dá)式的子字符串。trim(): 返回字符串的副本，忽略前導(dǎo)空白和尾部空白。toLowerCase(): 使用默認(rèn)語(yǔ)言環(huán)境的規(guī)則將此字符串轉(zhuǎn)換為小寫(xiě)。toUpperCase(): 使用默認(rèn)語(yǔ)言環(huán)境的規(guī)則將此字符串轉(zhuǎn)換為大寫(xiě)。getBytes(): 使用平臺(tái)默認(rèn)字符集將此字符串編碼為字節(jié)數(shù)組。
- 字符串比較方法
equals(Object anObject): 將此字符串與指定對(duì)象進(jìn)行比較。equalsIgnoreCase(String anotherString): 將此字符串與指定字符串進(jìn)行比較，忽略大小寫(xiě)差異。compareTo(String anotherString): 按字典順序比較兩個(gè)字符串。compareToIgnoreCase(String str): 按字典順序比較兩個(gè)字符串，忽略大小寫(xiě)差異。
- 其他方法
length(): 返回此字符串的長(zhǎng)度。isEmpty(): 當(dāng)且僅當(dāng)字符串長(zhǎng)度為 0 時(shí)返回 true。valueOf(int i): 返回 int 參數(shù)的字符串表示形式。join(CharSequence delimiter, CharSequence... elements): 將給定的字符串序列以指定的分隔符拼接起來(lái)，并返回結(jié)果字符串。
新增的repeat以及strip方法
- repeat()方法
repeat(int count)方法可以將原字符串重復(fù)指定次數(shù)，并返回一個(gè)新字符串。例如：
javaCopy code
String str = "hello";
String repeatedStr = str.repeat(3);
System.out.println(repeatedStr); // "hellohellohello"
在這個(gè)例子中，我們通過(guò)調(diào)用repeat()方法將字符串"hello"重復(fù)了三次，并返回了一個(gè)新字符串"hellohellohello"。
- strip()方法
strip()方法用于去除字符串兩端的空白字符，包括空格、制表符和換行符等，返回一個(gè)新字符串。例如：
javaCopy code
String str = " hello \n";
String strippedStr = str.strip();
System.out.println(strippedStr); // "hello"
在這個(gè)例子中，原字符串為" hello \n"，包含兩個(gè)前導(dǎo)空格和一個(gè)換行符，調(diào)用strip()方法后返回的新字符串為"hello"，兩端的空格和換行符都被去掉了。
除了strip()方法，Java 9還新增了stripLeading()和stripTrailing()方法，分別用于去除字符串的前導(dǎo)空格和尾部空格。這些方法對(duì)于處理輸入數(shù)據(jù)和進(jìn)行字符串比較時(shí)非常有用。
字符串常量池的優(yōu)化
在Java 9之前，字符串常量池是在永久代（PermGen）中實(shí)現(xiàn)的。這意味著在運(yùn)行時(shí)，所有的字符串常量都被存儲(chǔ)在一塊固定的內(nèi)存區(qū)域中。這種實(shí)現(xiàn)方式存在一些問(wèn)題，比如常量池容易被填滿，導(dǎo)致OutOfMemoryError異常；并且，永久代是Java虛擬機(jī)中一個(gè)相對(duì)較小的區(qū)域，因此可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存不足的問(wèn)題。
在Java 8中，永久代被移除，字符串常量池被轉(zhuǎn)移到了堆（Heap）中。這種實(shí)現(xiàn)方式解決了一些問(wèn)題，但仍然存在一些性能和內(nèi)存使用方面的問(wèn)題。在Java 9中，字符串常量池進(jìn)行了優(yōu)化，主要包括以下幾個(gè)方面：
字符串常量池被移到了元空間（Metaspace）中，這是一個(gè)更大的內(nèi)存區(qū)域，可以動(dòng)態(tài)調(diào)整大小，從而避免了OutOfMemoryError異常。
在元空間中，字符串常量池使用了一種新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，稱為“G1特殊化常量池”。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在性能和內(nèi)存使用方面都有所優(yōu)化，能夠更快地查找和添加常量。
對(duì)于使用字符串常量的程序，編譯器現(xiàn)在會(huì)生成更高效的字節(jié)碼，以利用這些優(yōu)化。例如，編譯器可以使用ldc2指令來(lái)加載常量池中的雙字節(jié)字符串，而不是使用兩個(gè)ldc指令。
總之，Java 9中對(duì)字符串常量池的優(yōu)化使得它更加高效和可靠，能夠更好地滿足大規(guī)模應(yīng)用程序的需要。
性能分析
前面說(shuō)了這么多，都是關(guān)于JDK9性能上的一些優(yōu)化介紹，但是具體提升了多少呢？下面使用一些直觀的例子來(lái)感受一下到底提升了多少：
字符串拼接
首先來(lái)看看字符串拼接，一直以來(lái)我們編程中有一個(gè)原則：對(duì)于頻繁拼接字符串的操作，不要直接使用String，而是考慮使用StringBuilder或者StringBuffer，這是因?yàn)镾tring的不可變特性，導(dǎo)致在拼接過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的String對(duì)象從而導(dǎo)致內(nèi)存浪費(fèi)：
運(yùn)行下面這段代碼：
long startTime = System.nanoTime();
String s = "";
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
s += "a";
}
long endTime = System.nanoTime();
System.out.println("cost time: " + (endTime - startTime) + "ns");
將這段代碼分別放到JDK1.8和JDK1.9版本對(duì)比一下執(zhí)行時(shí)間，這里推薦一個(gè)在線的Java編譯運(yùn)行網(wǎng)站，支持動(dòng)態(tài)選擇JDK版本：https://www.jdoodle.com/online-java-compiler
為了稍微準(zhǔn)確一點(diǎn)，排除一定的偶然性，我JDK1.8和JDK1.9各自都運(yùn)行了三遍：
// JDK1.8
cost time: 8043104665ns
cost time: 8029676317ns
cost time: 8084159060ns
//JDK1.9
cost time: 1596969483ns
cost time: 2130420129ns
cost time: 2150930645ns
這里可以看到，在十萬(wàn)級(jí)別的字符串拼接操作中，JDK1.9的性能提升屬于倍數(shù)級(jí)別的提升了，基本都在四倍左右的提升。
同時(shí)每次執(zhí)行時(shí)，頁(yè)面上結(jié)果輸出框的上方也有對(duì)應(yīng)的cpu time和memory數(shù)據(jù)：
//JDK1.8
1394148 kilobyte(s)
1394176 kilobyte(s)
1394388 kilobyte(s)
//JDK1.9
660312 kilobyte(s)
660324 kilobyte(s)
660500 kilobyte(s)
可以看到，這內(nèi)存占用上直接下降了一個(gè)量級(jí)，由此可見(jiàn)JDK1.9在字符串的拼接這塊，性能上得到了巨大的提升。
字符串替換
long startTime = System.nanoTime();
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
String str = "abcdefg";
str.replace("c", "x");
}
long endTime = System.nanoTime();
System.out.println("cost time: " + (endTime - startTime) + "ns");
同樣的操作，各自執(zhí)行3次看看情況：
//JDK1.8
cost time: 130509721ns
cost time: 226153962ns
cost time: 152726076ns
//JDK1.9
cost time: 53052617ns
cost time: 52959038ns
cost time: 66009582ns
/////////////memory////////
//JDK1.8
97120 kilobyte(s)
97096 kilobyte(s)
96936 kilobyte(s)
//JDK1.9
48488 kilobyte(s)
49688 kilobyte(s)
49732 kilobyte(s)
這里可以看到在效率上，直接下降了一個(gè)量級(jí)，同時(shí)在哪存上也有接近50%的節(jié)約。
至于其它一些常規(guī)的方法，比如：查找(indexOf)、分割(split)這里JDK1.8和JDK1.9并沒(méi)有多少提升，甚至可能出現(xiàn)JDK1.9的執(zhí)行效率上反而更低，這并不是說(shuō)9版本中出現(xiàn)了倒退，而是內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的算法不一樣，可能在某些比較特殊的場(chǎng)景下，JDK1.9更有優(yōu)勢(shì)，就像一些排序算法一樣，雖然時(shí)間復(fù)雜度可以衡量，但是在數(shù)據(jù)量不大的時(shí)候，可能一些復(fù)雜度高的算法反而效果更好。
總體來(lái)說(shuō)，JDK1.9中String得split方法相比于JDK1.8，一般認(rèn)為有如下改進(jìn)：
使用新的UTF-16字符串匹配器，代替了JDK 8中使用的正則表達(dá)式引擎。
改進(jìn)了分隔符的識(shí)別，當(dāng)分隔符為單個(gè)字符時(shí)，使用位運(yùn)算進(jìn)行匹配，避免了使用正則表達(dá)式引擎的開(kāi)銷(xiāo)。
引入了一種優(yōu)化，當(dāng)字符串不包含分隔符時(shí)，不進(jìn)行任何操作直接返回原字符串。這里的好處就是避免一些極端情況下產(chǎn)生大量冗余重復(fù)的字符串對(duì)象
一些內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)上做了微調(diào)。
