Java中String类的常见问题

news2024/10/6 4:09:37

Q1：为什么String类要定义成不可变类型？

方便String对象缓存HashCode值

字符串常量池的需要

衍生问题：String str = new String("hello world") 创建了几个对象？

为了保障程序的安全性

Q2：String的不可变特性体现在哪？

Q3：JDK9之后的String类为什么要变为byte数组？

Q4：为什么不推荐String类用于字符串拼接？

Q5：String.intern()方法的作用？不同JDK版本有何区别？

String.intern()是什么？

intern方法在不同JDK版本中的区别？

Q1：为什么String类要定义成不可变类型？

方便String对象缓存HashCode值

在日常工作中，String对象常用作HashMap等容器中作为键值对的（key）键存在，它会用于计算哈希桶的索引位置。故String对象设计为不可变可以保障每次计算的哈希码为固定值，因此可以放心地作为HashMap中的key出现。且String类中定义了一个成员变量来存储哈希值，这体现了一种性能优化手段，意味着不必每次都去计算哈希码。

String类默认重写了equals 和 HashCode方法，也就说明可以进行等值判断。

字符串常量池的需要

字符串常量池是Java堆内存中一个特殊的存储区域。当创建一个String对象时，如果该字符串已经存在于常量池中，则不会创建一个新对象，而是将变量指向常量池中已经存在的那个字符串对象。

String str1 = "hello world";
String str2 = "hello world";

上面示例代码虽然定义了两个String对象，但实际在堆内存中只存在一份 "hello world" 对象。

内存布局如下所示:

衍生问题：String str = new String("hello world") 创建了几个对象？

这个问题有两个回答：2或1

为2的情况：

字符串常量池中不存在"hello world"，这时在堆内存中的新生代伊甸园区（大对象可能会分配在老年代）需要创建一个String类型的对象，且还需要在字符串常量池中放入一个值为 "hello world" 的对象。

为1的情况：

字符串常量池中存在值为"hello world"的String对象，这时在堆内存中的伊甸园区需要创建一个String类型的对象，其它不需要再创建额外对象。

为了保障程序的安全性

String类被许多其它的Java类库用来当做参数，例如网络连接地址URL，反射机制所需要的String参数等等。假若String是可变类型，在网络连接被攻击时将会引起各种安全隐患。

Q2：String的不可变特性体现在哪？

以JDK8作为demo，看看类的设计有哪些体现了String不可变性

大家都知道，在类上加上final关键字会使该类会拥有不可被其它类继承的特性，变量上使用该关键字会使其引用地址不可被更改【内部数值可以更改】。很多人误以为这两点是String类不可变的最大功臣，其实不然，String类不可变的根本原因是因为它是使用一个内部私有【外部类不可见】的 char数组来实现，且类内部没有对外提供修改该数组的方法。

Q3：JDK9之后的String类为什么要变为byte数组？

承接上文，JDK9之前String类中使用的是char数组，为什么在后续版本中要更换为byte数组呢？

先给出结论：优化Java虚拟机（JVM）中String对象占用的内存大小

具体理由如下：

char类型的数据在JVM中占用了两个字节的空间，使用的是UTF-16编码。这就导致了原本String中的字符原本仅需一个字节表示的对象会占用两个字节，且实际工作经验表明使用频率最高的还是单字节的字符。所以将原本的char数组更换为byte数组，并提供了一个编码标志位属性coder，用来表示不同编码格式。

且后续更新中还新增了一个优化字符串的属性COMPACT_STRINGS

这个字段翻译过来的意思很好理解，就是压缩字符串，静态代码块中默认赋值为true。

它在String对象的构造器中发挥着巨大作用

这段代码非常好理解，COMPACT_STRINGS = true时尝试对字符串进行压缩，将coder = LATIN1

对于 String str = "hello" 来说，JDK9之前可能至少需要10个字节来存储，但优化后仅需5个字节。

Q4：为什么不推荐String类用于字符串拼接？

先来看看String类中对于字符串拼接是怎样实现的。

对于如下这段代码，使用javap -c StringTest.class 查看字节码文件

红框中也就是字符串拼接的核心操作【之前JDK版本中是利用StringBuilder对象进行拼接】

参考其它博主的字节码

上述的makeConcatWithConstants 其实是通过动态调用的方式执行java.lang.invoke.StringConcatFactory类中的makeConcatWithConstants方法进行字符串连接。

尽管JDK团队已经对其进行了优化，但效率与StringBuilder及StringBuffer比还是惨不忍睹。

下面做一个效率测试，三者对同一个字符串对象进行拼接，循环1万次，统计耗时。

public class StringTest2 {

    private static final long TEN_THOUSAND = 10000;

    public static void main(String[] args) {
        String str = "string";
        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder("stringBuilder");
        StringBuffer stringBuffer = new StringBuffer("stringBuffer");
        System.out.println("string...");
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < TEN_THOUSAND; i++) {
            str += i;
        }
        System.out.println("string耗时：" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + " ms");

        System.out.println("stringBuilder...");
        long startTime2 = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < TEN_THOUSAND; i++) {
            stringBuilder.append(i);
        }
        System.out.println("stringBuilder：" + (System.currentTimeMillis() - startTime2) + " ms");

        System.out.println("stringBuffer...");
        long startTime3 = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < TEN_THOUSAND; i++) {
            stringBuffer.append(i);
        }
        System.out.println("stringBuffer：" + (System.currentTimeMillis() - startTime3) + " ms");
    }
}

程序运行结果如下：

结果很明显了...，对于后两者来说，StringBuffer适合用于多线程下的字符串操作，因为其内部使用synchronized关键字保证线程安全，而StringBuilder不具有该特性。

Q5：String.intern()方法的作用？不同JDK版本有何区别？

String.intern()是什么？

String.intern()是一个Native方法，底层调用C++的 StringTable::intern方法实现。当通过语句str.intern()调用方法后，JVM 就会在当前类的常量池中查找是否存在与str等值的String，若存在，则直接返回常量池中相应String的引用；若不存在，则会在常量池中创建一个等值的String，然后返回这个String在常量池中的引用。