Java學(xué)習(xí)筆記（3）—— String類詳解

前言

因?yàn)闆](méi)有成功地為IDEA配上反編譯工具，所以自己下載了一個(gè)XJad工具，背景是白色的，所以忍著強(qiáng)迫癥硬是把IDEA的主體也給換成白色了，感覺(jué)為了這篇文章付出了諸多啊....

字符串簡(jiǎn)介

《Thinging in Java》中有一句話：可以證明，字符串操作是計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)中最常見(jiàn)的行為。

把多個(gè)字符按照一定的順序排列起來(lái)，就叫字符串（就像羊肉串一樣，串起來(lái)的），具體是怎么排列的，你可以跟進(jìn)String的源代碼去看一下，會(huì)發(fā)現(xiàn)它其實(shí)內(nèi)部維護(hù)的是一個(gè)char類型的數(shù)組：

String類內(nèi)部維護(hù)的是一個(gè)char數(shù)組
// 也就是說(shuō)
String str = "ABCD";      // 定義一個(gè)字符串對(duì)象，其實(shí)等價(jià)于：
char[] cr = new char[]{'A','B','C','D'};

字符串的分類

其實(shí)說(shuō)起來(lái)會(huì)有些別扭，為什么字符串會(huì)有分類這種東西。了解的朋友可能會(huì)知道字符串的操作除了String，還有StringBuffer和StringBuilder（區(qū)別我們?cè)谙旅鎭?lái)說(shuō)）

不可變的字符串

String是一個(gè)奇葩。

String對(duì)象不可變，也就是說(shuō)當(dāng)對(duì)象創(chuàng)建完畢之后，該對(duì)象的內(nèi)容（字符序列）是不允許改變的，如果內(nèi)容改變則會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的String對(duì)象，返回到原地址中。

細(xì)心的朋友也許會(huì)發(fā)現(xiàn)，String類維護(hù)的char數(shù)組不僅被final所修飾，并且查看JDK源碼你就會(huì)發(fā)現(xiàn)，String類中每一個(gè)看起來(lái)會(huì)修改String值得方法，實(shí)際上都是創(chuàng)建了一個(gè)全新的String對(duì)象，以包含修改后的字符串對(duì)象。而最初的String對(duì)象則絲毫未動(dòng)。我們可以簡(jiǎn)單的來(lái)看一個(gè)實(shí)例（從替換操作中就能明顯看出）：

String類中的replace方法

replace方法就是替換字符串中的內(nèi)容，如果替換之后跟原來(lái)的字符串相同則返回this，如果不相同則new一個(gè)新的對(duì)象返回。這明顯體現(xiàn)了內(nèi)容改變則返回新對(duì)象而不是直接修改String對(duì)象的值。

表面的錯(cuò)覺(jué)

關(guān)于String對(duì)象是否可變，有些操作確實(shí)會(huì)給人錯(cuò)覺(jué)，先來(lái)看一段程序：

一個(gè)例子

從結(jié)果來(lái)看，s1的值最初是“A”，經(jīng)過(guò)賦值以后，變成了“C”,經(jīng)過(guò)字符串連接運(yùn)算并賦值以后，變成了“BC”。String對(duì)象的內(nèi)容真的改變了嗎？實(shí)際上，這只是錯(cuò)覺(jué)而已。有疑惑的朋友可以去看我的上一篇筆記，你就能知道：

String對(duì)象“A”，“B”，“C”在全程中都沒(méi)有任何改變，改變的只是引用s1所指向的內(nèi)容，也就是s1的值。

String對(duì)象的創(chuàng)建

有兩種方式：

// 第一種：直接賦一個(gè)字面量
String str1 = "ABCD";
// 第二種：通過(guò)構(gòu)造器創(chuàng)建
String str2 = new String("ABCD");

那么這兩種方式有什么不同呢？這里可能會(huì)涉及到一個(gè)面試題：

上述的兩種方法分別創(chuàng)建了幾個(gè)String對(duì)象？

回答這個(gè)問(wèn)題也特別簡(jiǎn)單，首先你需要直到JVM的內(nèi)存模型是怎樣的，在上一篇筆記中也有簡(jiǎn)單提到，這里需要補(bǔ)充的是：常量池（專門(mén)存儲(chǔ)常量的地方，都指的是方法區(qū)中）分為編譯常量池（不研究，存儲(chǔ)字節(jié)碼的相關(guān)信息）和運(yùn)行常量池（存儲(chǔ)常量數(shù)據(jù)）。

先來(lái)看一張結(jié)果圖：


結(jié)果圖
  • 當(dāng)執(zhí)行第一句話的時(shí)候，會(huì)在常量池中添加一個(gè)新的ABCD字符，str1指向常量池的ABCD
  • 當(dāng)執(zhí)行第二句話的時(shí)候，因?yàn)橛衝ew操作符，所以會(huì)在堆空間新開(kāi)辟一塊空間用來(lái)存儲(chǔ)新的String對(duì)象，因?yàn)榇藭r(shí)常量池中已經(jīng)有了ABCD字符，所以堆中的String對(duì)象指向常量池中的ABCD，而str2則指向堆空間中的String對(duì)象。

所以結(jié)論：
String str1 = "ABCD";
最多創(chuàng)建一個(gè)String對(duì)象,最少不創(chuàng)建String對(duì)象.如果常量池中,存在”ABCD”,那么str1直接引用,此時(shí)不創(chuàng)建String對(duì)象.否則,先在常量池先創(chuàng)建”ABCD”內(nèi)存空間,再引用.
String str2 = new String("ABCD");
最多創(chuàng)建兩個(gè)String對(duì)象，至少創(chuàng)建一個(gè)String對(duì)象。new關(guān)鍵字絕對(duì)會(huì)在堆空間創(chuàng)建一塊新的內(nèi)存區(qū)域，所以至少創(chuàng)建一個(gè)String對(duì)象。

String對(duì)象的空值

一種是表示引用為空（null）的空值：

String str1 = null;  // 沒(méi)有初始化，沒(méi)有分配內(nèi)存空間

另外一種表示內(nèi)容為空的空值：

String str2 = ";  // 分配有內(nèi)存空間，有內(nèi)容。

所以當(dāng)你需要判斷字符串是否為空的時(shí)候，實(shí)際上應(yīng)該這樣：


判斷字符串非空

字符串的比較

字符串的比較

從上圖可以明顯看出，使用“==”，只能比較引用的內(nèi)存地址是否相同，而使用“equals”方法，則比較的是字符串的內(nèi)容。

我們可以跟到String類的equals方法：


String類的equals方法

“+”號(hào)是怎么來(lái)連接字符串的

先來(lái)直接看一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，程序中創(chuàng)建了三個(gè)String對(duì)象，str是hello和wrold兩個(gè)字符串連接賦值后的對(duì)象，程序的結(jié)果很明顯，但我們關(guān)心的是，hello和world是怎樣連接起來(lái)的呢？

先來(lái)看一個(gè)例子

我們?cè)赬Jad（Java反編譯程序，把生成的class反編譯成java）中打開(kāi)剛剛生成的class文件會(huì)發(fā)現(xiàn)：

反編譯的結(jié)果

編譯器自動(dòng)引入了一個(gè)java.lang.StringBuilder類。雖然我們?cè)谠创a中并沒(méi)有使用StringBuilder類，但是編譯器卻自作主張地使用了它，因?yàn)樗咝А?/p>

在這個(gè)例子中，編譯器創(chuàng)建了一個(gè)StringBuilde對(duì)象，用以構(gòu)造最終的String，并為每個(gè)字符串調(diào)用了一次StringBuilder的append()方法，總計(jì)兩次。最后調(diào)用toString()生成結(jié)果。這是編譯器自動(dòng)優(yōu)化的結(jié)果，包括自動(dòng)生成的Tester()無(wú)參數(shù)默認(rèn)的構(gòu)造函數(shù)也是。

現(xiàn)在，你也許會(huì)覺(jué)得可以隨意使用String對(duì)象，反正編譯器會(huì)為你自動(dòng)地優(yōu)化性能。可是在這之前，我們先要看看編譯器究竟能給我們優(yōu)化到什么程度（下面再詳細(xì)介紹StringBuilder）。

可變的字符串

StringBuilder/StringBuffer：當(dāng)對(duì)象創(chuàng)建完畢之后，該對(duì)象的內(nèi)容可以發(fā)生改變，當(dāng)內(nèi)容發(fā)生改變的時(shí)候，對(duì)象保持不變。

接著上面的問(wèn)題，我們繼續(xù)來(lái)看一個(gè)例子：

程序和程序的結(jié)果

程序的結(jié)果顯而易見(jiàn)，我們來(lái)看看反編譯之后的代碼：
反編譯之后的代碼

可以看到，對(duì)比兩個(gè)對(duì)象，后者的循環(huán)部分的代碼更簡(jiǎn)短、更簡(jiǎn)單，而且它只生成了一個(gè)StringBuilder對(duì)象。

結(jié)論是：如果字符串操作比較簡(jiǎn)單，那就可以信賴編譯器，它會(huì)為你合理地構(gòu)造最終的字符串結(jié)果。但如果你還使用循環(huán)，多次地改變字符串的內(nèi)容，那就更適合StringBuilder對(duì)象。

但是如果你想要走捷徑，例如append(a+":"+c)，則編譯器就會(huì)調(diào)入陷阱，從而為你另外創(chuàng)建一個(gè)StringBuilder對(duì)象處理括號(hào)內(nèi)的字符串操作。

編譯器陷阱

String對(duì)象的比較

StringBuilder是Java SE5引入的，在這之前Java用的是StringBuffer。后者線程安全（只需要了解，該對(duì)象方法中所有的方法都是用了synchronized修飾符），因此開(kāi)銷也會(huì)大。有沒(méi)有用synchronized修飾符，就是這兩者唯一的區(qū)別。我們可以簡(jiǎn)單地來(lái)比較一下這三個(gè)String對(duì)象在拼接字符串中的性能：

創(chuàng)建好三個(gè)方法，分別測(cè)試三個(gè)類型的對(duì)象的拼接效率：


測(cè)試拼接效率

最后在main方法中測(cè)試

面試題

最后再有一個(gè)String的面試題：

說(shuō)說(shuō)下面的String對(duì)象，彼此之間是否相等？

面試題

如果你自己寫(xiě)幾個(gè)判斷相等的語(yǔ)句，分別判斷str1和另外五個(gè)是否相等，則會(huì)發(fā)現(xiàn)：
str1和str2/str3相等，和另外幾個(gè)都不相等。我們先來(lái)看一下反編譯之后的代碼：

編譯之后的代碼（存在編譯優(yōu)化）

知識(shí)點(diǎn)（純干貨）：

  • 單獨(dú)使用""引號(hào)創(chuàng)建的字符串都是直接量,編譯期就已經(jīng)確定存儲(chǔ)到常量池中；
  • 使用new String("")創(chuàng)建的對(duì)象會(huì)存儲(chǔ)到堆內(nèi)存中,是運(yùn)行期才創(chuàng)建；
  • 使用只包含直接量的字符串連接符如"aa" + "bb"創(chuàng)建的也是直接量編譯期就能確定,已經(jīng)確定存儲(chǔ)到常量池中(str2和str3)；
  • 使用包含String直接量(無(wú)final修飾符)的字符串表達(dá)式(如"aa" + s1)創(chuàng)建的對(duì)象是運(yùn)行期才創(chuàng)建的,存儲(chǔ)在堆中；
  • 通過(guò)變量/調(diào)用方法去連接字符串,都只能在運(yùn)行時(shí)期才能確定變量的值和方法的返回值,不存在編譯優(yōu)化操作.

文章結(jié)尾

其實(shí)還想寫(xiě)關(guān)于正則表達(dá)的東西的，還是改天找時(shí)間另外研究研究寫(xiě)一篇像樣的吧。關(guān)于String的操作，就簡(jiǎn)單給一下圖吧，感興趣也可以自己百度或者跟蹤進(jìn)源代碼里面去看，這里就不細(xì)說(shuō)了：

String類中常用的方法

參考資料：

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