這里來(lái)對(duì)Java中的String對(duì)象做一個(gè)稍微深入的了解。

Java對(duì)象實(shí)現(xiàn)的演進(jìn)

String對(duì)象是Java中使用最頻繁的對(duì)象之一，所以Java開(kāi)發(fā)者們也在不斷地對(duì)String對(duì)象的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化，以便提升String對(duì)象的性能。

Java6以及之前版本中String對(duì)象的屬性

在Java6以及之前版本中，String對(duì)象是對(duì)char數(shù)組進(jìn)行了封裝實(shí)現(xiàn)的對(duì)象，其主要有4個(gè)成員成員變量，分別是char數(shù)組、偏移量offset、字符數(shù)量count和哈希值hash。String對(duì)象是通過(guò)offset和count兩個(gè)屬性來(lái)定位char[]數(shù)組，獲取字符串。這樣做可以高效、快速地共享數(shù)組對(duì)象，同時(shí)節(jié)省內(nèi)存空間，但是這種方式卻可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存泄漏的發(fā)生。

Java7、8版本中String對(duì)象的屬性

從Java7版本開(kāi)始，Java對(duì)String類做了一些改變，具體是String類不再有offset和count兩個(gè)變量了。這樣做的好處是String對(duì)象占用的內(nèi)存稍微少了點(diǎn)，同時(shí)String.substring()方法也不再共享char[]了，從而解決了使用該方法可能導(dǎo)致的內(nèi)存泄漏問(wèn)題。

Java9以及之后版本中String對(duì)象的屬性

從Java9版本開(kāi)始，Java將char[]數(shù)組改為了byte[]數(shù)組。我們都知道，char是兩個(gè)字節(jié)的，如果用來(lái)存一個(gè)字節(jié)的情況下就會(huì)造成內(nèi)存空間的浪費(fèi)。而為了節(jié)約這一個(gè)字節(jié)的空間，Java開(kāi)發(fā)者就改成了一個(gè)使用一個(gè)字節(jié)的byte來(lái)存儲(chǔ)字符串。

另外，在Java9中，String對(duì)象維護(hù)了一個(gè)新的屬性coder，這個(gè)屬性是編碼格式的標(biāo)識(shí)，在計(jì)算字符串長(zhǎng)度或者調(diào)用indexOf()方法的時(shí)候，會(huì)需要根據(jù)這個(gè)字段去判斷如何計(jì)算字符串長(zhǎng)度。coder屬性默認(rèn)有0和1兩個(gè)值，其中0代表Latin-1（單字節(jié)編碼），1則表示UTF-16編碼。

String對(duì)象的創(chuàng)建方式與在內(nèi)存中的存放

在Java中，對(duì)于基本數(shù)據(jù)類型的變量和對(duì)對(duì)象的引用，保存在棧內(nèi)存的局部變量表中；而通過(guò)new關(guān)鍵字和Constructor創(chuàng)建的對(duì)象，則是保存在堆內(nèi)存中。而String對(duì)象的創(chuàng)建方式一般為兩種，一種是字面量（字符串常量）的方式，一種則是構(gòu)造函數(shù)（String()）的方式，兩種方式在內(nèi)存中的存放有所不同。

字面量（字符串常量）的創(chuàng)建方式

使用字面量的方式創(chuàng)建字符串時(shí)，JVM會(huì)在字符串常量池中先檢查是否存在該字面量，如果存在，則返回該字面量在內(nèi)存中的引用地址；如果不存在，則在字符串常量池中創(chuàng)建該字面量并返回引用。使用這種方式創(chuàng)建的好處是避免了相同值的字符串在內(nèi)存中被重復(fù)創(chuàng)建，節(jié)約了內(nèi)存，同時(shí)這種寫(xiě)法也會(huì)比較簡(jiǎn)單易讀一些。

String str = "i like yanggb.";

字符串常量池

這里要特別說(shuō)明一下常量池。常量池是JVM為了減少字符串對(duì)象的重復(fù)創(chuàng)建，特別維護(hù)了一個(gè)特殊的內(nèi)存，這段內(nèi)存被稱為字符串常量池或者字符串字面量池。在JDK1.6以及之前的版本中，運(yùn)行時(shí)常量池是在方法區(qū)中的。在JDK1.7以及之后版本的JVM，已經(jīng)將運(yùn)行時(shí)常量池從方法區(qū)中移了出來(lái)，在Java堆（Heap）中開(kāi)辟了一塊區(qū)域用來(lái)存放運(yùn)行時(shí)常量池。而從JDK1.8開(kāi)始，JVM取消了Java方法區(qū)，取而代之的是位于直接內(nèi)存的元空間（MetaSpace）?？偨Y(jié)就是，目前的字符串常量池在堆中。

我們所知道的幾個(gè)String對(duì)象的特點(diǎn)都來(lái)源于String常量池。

1.在常量池中會(huì)共享所有的String對(duì)象，因此String對(duì)象是不可被修改的，因?yàn)橐坏┍恍薷?，就?huì)導(dǎo)致所有引用此String對(duì)象的變量都隨之改變（引用改變），所以String對(duì)象是被設(shè)計(jì)為不可修改的，后面會(huì)對(duì)這個(gè)不可變的特性做一個(gè)深入的了解。

2.String對(duì)象拼接字符串的性能較差的說(shuō)法也是來(lái)源于此，因?yàn)镾tring對(duì)象不可變的特性，每次修改（這里是拼接）都是返回一個(gè)新的字符串對(duì)象，而不是再原有的字符串對(duì)象上做修改，因此創(chuàng)建新的String對(duì)象會(huì)消耗較多的性能（開(kāi)辟另外的內(nèi)存空間）。

3.因?yàn)槌Ａ砍刂袆?chuàng)建的String對(duì)象是共享的，因此使用雙引號(hào)聲明的String對(duì)象（字面量）會(huì)直接存儲(chǔ)在常量池中，如果該字面量在之前已存在，則是會(huì)直接引用已存在的String對(duì)象，這一點(diǎn)在上面已經(jīng)描述過(guò)了，這里再次提及，是為了特別說(shuō)明這一做法保證了在常量池中的每個(gè)String對(duì)象都是唯一的，也就達(dá)到了節(jié)約內(nèi)存的目的。

構(gòu)造函數(shù)（String()）的創(chuàng)建方式

使用構(gòu)造函數(shù)的方式創(chuàng)建字符串時(shí)，JVM同樣會(huì)在字符串常量池中先檢查是否存在該字面量，只是檢查后的情況會(huì)和使用字面量創(chuàng)建的方式有所不同。如果存在，則會(huì)在堆中另外創(chuàng)建一個(gè)String對(duì)象，然后在這個(gè)String對(duì)象的內(nèi)部引用該字面量，最后返回該String對(duì)象在內(nèi)存地址中的引用；如果不存在，則會(huì)先在字符串常量池中創(chuàng)建該字面量，然后再在堆中創(chuàng)建一個(gè)String對(duì)象，然后再在這個(gè)String對(duì)象的內(nèi)部引用該字面量，最后返回該String對(duì)象的引用。

String str = new String("i like yanggb.");

這就意味著，只要使用這種方式，構(gòu)造函數(shù)都會(huì)另行在堆內(nèi)存中開(kāi)辟空間，創(chuàng)建一個(gè)新的String對(duì)象。具體的理解是，在字符串常量池中不存在對(duì)應(yīng)的字面量的情況下，new String()會(huì)創(chuàng)建兩個(gè)對(duì)象，一個(gè)放入常量池中（字面量），一個(gè)放入堆內(nèi)存中（字符串對(duì)象）。

String對(duì)象的比較

比較兩個(gè)String對(duì)象是否相等，通常是有【==】和【equals()】?jī)蓚€(gè)方法。

在基本數(shù)據(jù)類型中，只可以使用【==】，也就是比較他們的值是否相同；而對(duì)于對(duì)象（包括String）來(lái)說(shuō)，【==】比較的是地址是否相同，【equals()】才是比較他們內(nèi)容是否相同；而equals()是Object都擁有的一個(gè)函數(shù)，本身就要求對(duì)內(nèi)部值進(jìn)行比較。

String str = "i like yanggb.";
String str1 = new String("i like yanggb.");

System.out.println(str == str1); // false
System.out.println(str.equals(str1)); // true

因?yàn)槭褂米置媪糠绞絼?chuàng)建的String對(duì)象和使用構(gòu)造函數(shù)方式創(chuàng)建的String對(duì)象的內(nèi)存地址是不同的，但是其中的內(nèi)容卻是相同的，也就導(dǎo)致了上面的結(jié)果。

String對(duì)象中的intern()方法

我們都知道，String對(duì)象中有很多實(shí)用的方法。為什么其他的方法都不說(shuō)，這里要特別說(shuō)明這個(gè)intern()方法呢，因?yàn)槠渲械倪@個(gè)intern()方法最為特殊。它的特殊性在于，這個(gè)方法在業(yè)務(wù)場(chǎng)景中幾乎用不上，它的存在就是在為難程序員的，也可以說(shuō)是為了幫助程序員了解JVM的內(nèi)存結(jié)構(gòu)而存在的（？我信你個(gè)鬼，你個(gè)糟老頭子壞得很）。

/**
* When the intern method is invoked, if the pool already contains a
* string equal to this {@code String} object as determined by
* the {@link #equals(Object)} method, then the string from the pool is
* returned. Otherwise, this {@code String} object is added to the
* pool and a reference to this {@code String} object is returned.
**/
public native String intern();

上面是源碼中的intern()方法的官方注釋說(shuō)明，大概意思就是intern()方法用來(lái)返回常量池中的某字符串，如果常量池中已經(jīng)存在該字符串，則直接返回常量池中該對(duì)象的引用。否則，在常量池中加入該對(duì)象，然后返回引用。然后我們可以從方法簽名上看出intern()方法是一個(gè)native方法。

下面通過(guò)幾個(gè)例子來(lái)詳細(xì)了解下intern()方法的用法。

第一個(gè)例子

String str1 = new String("1");
System.out.println(str1 == str1.intern()); // false
System.out.println(str1 == "1"); // false

在上面的例子中，intern()方法返回的是常量池中的引用，而str1保存的是堆中對(duì)象的引用，因此兩個(gè)打印語(yǔ)句的結(jié)果都是false。

第二個(gè)例子

String str2 = new String("2") + new String("3");
System.out.println(str2 == str2.intern()); // true
System.out.println(str2 == "23"); // true

在上面的例子中，str2保存的是堆中一個(gè)String對(duì)象的引用，這和JVM對(duì)【+】的優(yōu)化有關(guān)。實(shí)際上，在給str2賦值的第一條語(yǔ)句中，創(chuàng)建了3個(gè)對(duì)象，分別是在字符串常量池中創(chuàng)建的2和3、還有在堆中創(chuàng)建的字符串對(duì)象23。因?yàn)樽址Ａ砍刂胁淮嬖谧址畬?duì)象23，所以這里要特別注意：intern()方法在將堆中存在的字符串對(duì)象加入常量池的時(shí)候采取了一種截然不同的處理方案——不是在常量池中建立字面量，而是直接將該String對(duì)象自身的引用復(fù)制到常量池中，即常量池中保存的是堆中已存在的字符串對(duì)象的引用。根據(jù)前面的說(shuō)法，這時(shí)候調(diào)用intern()方法，就會(huì)在字符串常量池中復(fù)制出一個(gè)對(duì)堆中已存在的字符串常量的引用，然后返回對(duì)字符串常量池中這個(gè)對(duì)堆中已存在的字符串常量池的引用的引用（就是那么繞，你來(lái)咬我呀）。這樣，在調(diào)用intern()方法結(jié)束之后，返回結(jié)果的就是對(duì)堆中該String對(duì)象的引用，這時(shí)候使用【==】去比較，返回的結(jié)果就是true了。同樣的，常量池中的字面量23也不是真正意義的字面量23了，它真正的身份是堆中的那個(gè)String對(duì)象23。這樣的話，使用【==】去比較字面量23和str2，結(jié)果也就是true了。

第三個(gè)例子

String str4 = "45";
String str3 = new String("4") + new String("5");
System.out.println(str3 == str3.intern()); // false
System.out.println(str3 == "45"); // false

這個(gè)例子乍然看起來(lái)好像比前面的例子還要復(fù)雜，實(shí)際上卻和上面的第一個(gè)例子是一樣的，最難理解的反而是第二個(gè)例子。

所以這里就不多說(shuō)了，而至于為什么還要舉這個(gè)例子，我相信聰明的你一下子就明白了（我有醫(yī)保，你來(lái)打我呀）。

String對(duì)象的不可變性

先來(lái)看String對(duì)象的一段源碼。

public final class String
  implements java.io.Serializable, Comparable<String>, 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

  /** use serialVersionUID from JDK 1.0.2 for interoperability */
  private static final long serialVersionUID = -6849794470754667710L;
}

從類簽名上來(lái)看，String類用了final修飾符，這就意味著這個(gè)類是不能被繼承的，這是決定String對(duì)象不可變特性的第一點(diǎn)。從類中的數(shù)組char[] value來(lái)看，這個(gè)類成員變量被private和final修飾符修飾，這就意味著其數(shù)值一旦被初始化之后就不能再被更改了，這是決定String對(duì)象不可變特性的第二點(diǎn)。

Java開(kāi)發(fā)者為什么要將String對(duì)象設(shè)置為不可變的，主要可以從以下三個(gè)方面去考慮：

1.安全性。假設(shè)String對(duì)象是可變的，那么String對(duì)象將可能被惡意修改。

2.唯一性。這個(gè)做法可以保證hash屬性值不會(huì)頻繁變更，也就確保了唯一性，使得類似HashMap的容器才能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的key-value緩存功能。

3.功能性?？梢詫?shí)現(xiàn)字符串常量池（究竟是先有設(shè)計(jì)，還是先有實(shí)現(xiàn)呢）。

String對(duì)象的優(yōu)化

字符串是常用的Java類型之一，所以對(duì)字符串的操作是避免不了的。而在對(duì)字符串的操作過(guò)程中，如果使用不當(dāng)?shù)脑?，性能可能?huì)有天差地別，所以有一些地方是要注意一下的。

拼接字符串的性能優(yōu)化

字符串的拼接是對(duì)字符串的操作中最頻繁的一個(gè)使用。由于我們都知道了String對(duì)象的不可變性，所以我們?cè)陂_(kāi)發(fā)過(guò)程中要盡量減少使用【+】進(jìn)行字符串拼接操作。這是因?yàn)槭褂谩?】進(jìn)行字符串拼接，會(huì)在得到最終想要的結(jié)果前產(chǎn)生很多無(wú)用的對(duì)象。

String str = 'i';
str = str + ' ';
str = str + 'like';
str = str + ' ';
str = str + 'yanggb';
str = str + '.';

System.out.println(str); // i like yanggb.

事實(shí)上，如果我們使用的是比較智能的IDE編寫(xiě)代碼的話，編譯器是會(huì)提示將代碼優(yōu)化成使用StringBuilder或者StringBuffer對(duì)象來(lái)優(yōu)化字符串的拼接性能的，因?yàn)镾tringBuilder和StringBuffer都是可變對(duì)象，也就避免了過(guò)程中產(chǎn)生無(wú)用的對(duì)象了。而這兩種替代方案的區(qū)別是，在需要線程安全的情況下，選用StringBuffer對(duì)象，這個(gè)對(duì)象是支持線程安全的；而在不需要線程安全的情況下，選用StringBuilder對(duì)象，因?yàn)镾tringBuilder對(duì)象的性能在這種場(chǎng)景下，要比StringBuffer對(duì)象或String對(duì)象要好得多。

使用intern()方法優(yōu)化內(nèi)存占用

前面吐槽了intern()方法在實(shí)際開(kāi)發(fā)中沒(méi)什么用，這里又來(lái)說(shuō)使用intern()方法來(lái)優(yōu)化內(nèi)存占用了，這人真的是，嘿嘿，真香。關(guān)于方法的使用就不說(shuō)了，上面有詳盡的用法說(shuō)明，這里來(lái)說(shuō)說(shuō)具體的應(yīng)用場(chǎng)景好了。有一位Twitter的工程師在Qcon全球軟件開(kāi)發(fā)大會(huì)上分享了一個(gè)他們對(duì)String對(duì)象優(yōu)化的案例，他們利用了這個(gè)String.intern()方法將以前需要20G內(nèi)存存儲(chǔ)優(yōu)化到只需要幾百兆內(nèi)存。具體就是，使用intern()方法將原本需要?jiǎng)?chuàng)建到堆內(nèi)存中的String對(duì)象都放到常量池中，因?yàn)槌Ａ砍氐牟恢貜?fù)特性（存在則返回引用），也就避免了大量的重復(fù)String對(duì)象造成的內(nèi)存浪費(fèi)問(wèn)題。

什么，要我給intern()方法道歉？不可能。String.intern()方法雖好，但是也是需要結(jié)合場(chǎng)景來(lái)使用的，并不能夠亂用。因?yàn)閷?shí)際上，常量池的實(shí)現(xiàn)是類似于一個(gè)HashTable的實(shí)現(xiàn)方式，而HashTable存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)越大，遍歷的時(shí)間復(fù)雜度就會(huì)增加。這就意味著，如果數(shù)據(jù)過(guò)大的話，整個(gè)字符串常量池的負(fù)擔(dān)就會(huì)大大增加，有可能性能不會(huì)得到提升卻反而有所下降。

字符串分割的性能優(yōu)化

字符串的分割是字符串操作的常用操作之一，對(duì)于字符串的分割，大部分人使用的都是split()方法，split()方法在大部分場(chǎng)景下接收的參數(shù)都是正則表達(dá)式，這種分割方式本身沒(méi)有什么問(wèn)題，但是由于正則表達(dá)式的性能是非常不穩(wěn)定的，使用不恰當(dāng)?shù)脑捒赡軙?huì)引起回溯問(wèn)題并導(dǎo)致CPU的占用居高不下。在以下兩種情況下split()方法不會(huì)使用正則表達(dá)式：

1.傳入的參數(shù)長(zhǎng)度為1，且不包含“.$|()[{^?*+\”regex元字符的情況下，不會(huì)使用正則表達(dá)式。

2.傳入的參數(shù)長(zhǎng)度為2，第一個(gè)字符是反斜杠，并且第二個(gè)字符不是ASCII數(shù)字或ASCII字母的情況下，不會(huì)使用正則表達(dá)式。

所以我們?cè)谧址指顣r(shí)，應(yīng)該慎重使用split()方法，而首先考慮使用String.indexOf()方法來(lái)進(jìn)行字符串分割，在String.indexOf()無(wú)法滿足分割要求的時(shí)候再使用Split()方法。而在使用split()方法分割字符串時(shí)，需要格外注意回溯問(wèn)題。

總結(jié)

雖然說(shuō)在不了解String對(duì)象的情況下也能使用String對(duì)象進(jìn)行開(kāi)發(fā)，但是了解String對(duì)象可以幫助我們寫(xiě)出更好的代碼。

以上所述是小編給大家介紹的java中的string對(duì)象，希望對(duì)大家有所幫助！