Java基础常见面试题（三）

news2024/9/24 11:27:00

String

字符型常量和字符串常量的区别？

  1. 形式上: 字符常量是单引号引起的一个字符，字符串常量是双引号引起的若干个字符；

  2. 含义上: 字符常量相当于一个整型值( ASCII 值)，可以参加表达式运算；字符串常量代表一个地址值(该字符串在内存中存放位置，相当于对象；

  3. 占内存大小：字符常量只占2个字节；字符串常量占若干个字节(至少一个字符结束标志) (注意: char 在Java中占两个字节)。

String、StringBuffer、StringBuilder 的区别？

可变性

String 是不可变的（后面会详细分析原因）。

StringBuilder 与 StringBuffer 都继承自 AbstractStringBuilder 类，在 AbstractStringBuilder 中也是使用字符数组保存字符串，不过没有使用 final 和 private 关键字修饰，最关键的是这个 AbstractStringBuilder 类还提供了很多修改字符串的方法比如 append 方法。

abstract class AbstractStringBuilder implements Appendable, CharSequence {
    char[] value;
    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;
    }
  	//...
}

线程安全性

String 中的对象是不可变的，也就可以理解为常量，线程安全。AbstractStringBuilder 是 StringBuilder 与 StringBuffer 的公共父类，定义了一些字符串的基本操作，如 expandCapacity、append、insert、indexOf 等公共方法。StringBuffer 对方法加了同步锁或者对调用的方法加了同步锁，所以是线程安全的。StringBuilder 并没有对方法进行加同步锁，所以是非线程安全的。

性能

每次对 String 类型进行改变的时候，都会生成一个新的 String 对象，然后将指针指向新的 String 对象。StringBuffer 每次都会对 StringBuffer 对象本身进行操作，而不是生成新的对象并改变对象引用。相同情况下使用 StringBuilder 相比使用 StringBuffer 仅能获得 10%~15% 左右的性能提升，但却要冒多线程不安全的风险。

对于三者使用的总结：

  1. 操作少量的数据: 适用 String；
  2. 单线程操作字符串缓冲区下操作大量数据: 适用 StringBuilder；
  3. 多线程操作字符串缓冲区下操作大量数据: 适用 StringBuffer。

String 为什么是不可变的?

public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    private final char value[];
	//...
}

我们知道被 final 关键字修饰的类不能被继承，修饰的方法不能被重写，修饰的变量是基本数据类型则值不能改变，修饰的变量是引用类型则不能再指向其他对象。因此，final 关键字修饰的数组保存字符串并不是 String 不可变的根本原因，因为这个数组保存的字符串是可变的（final 修饰引用类型变量的情况）。String 真正不可变有下面几点原因：

  1. 保存字符串的数组被 final 修饰且为私有的，并且String 类没有提供/暴露修改这个字符串的方法。

  2. String 类被 final 修饰导致其不能被继承，进而避免了子类破坏 String 不可变。

如果想要详细了解这个问题，可以参考这篇文章——如何理解 String 类型值的不可变？

在 Java 9 之后，String 、StringBuilder 与 StringBuffer 的实现改用 byte 数组存储字符串。

public final class String implements java.io.Serializable,Comparable<String>, CharSequence {
    // @Stable 注解表示变量最多被修改一次，称为“稳定的”。
    @Stable
    private final byte[] value;
}

abstract class AbstractStringBuilder implements Appendable, CharSequence {
    byte[] value;

}

Java 9 为何要将 String 的底层实现由 char[] 改成了 byte[] ?

新版的 String 其实支持两个编码方案： Latin-1 和 UTF-16。如果字符串中包含的汉字没有超过 Latin-1 可表示范围内的字符，那就会使用 Latin-1 作为编码方案。Latin-1 编码方案下，byte 占一个字节(8 位)，char 占用 2 个字节（16），byte 相较 char 节省一半的内存空间。

JDK 官方就说了绝大部分字符串对象只包含 Latin-1 可表示的字符。

如果字符串中包含的汉字超过 Latin-1 可表示范围内的字符，byte 和 char 所占用的空间是一样的。

String为什么要设计成不可变的？

设计考虑

只有当字符串是不可变的，字符串池才有可能实现。
字符串池的实现可以在运行时节约很多heap空间，因为不同的字符串变量都指向池中的同一个字符串。
但如果字符串是可变的，那么String interning将不能实现
(译者注：String interning是指对不同的字符串仅仅只保存一个，即不会保存多个相同的字符串)，
因为这样的话，如果变量改变了它的值，那么其它指向这个值的变量的值也会一起改变。（设计考虑）

安全考虑

如果字符串是可变的，那么会引起很严重的安全问题。
譬如，数据库的用户名、密码都是以字符串的形式传入来获得数据库的连接，
或者在socket编程中，主机名和端口都是以字符串的形式传入。
因为字符串是不可变的，所以它的值是不可改变的，否则黑客们可以钻到空子，改变字符串指向的对象的值，造成安全漏洞。（安全性）

因为字符串是不可变的，所以是多线程安全的，同一个字符串实例可以被多个线程共享。
这样便不用因为线程安全问题而使用同步。字符串自己便是线程安全的。（安全性）

类加载器要用到字符串，不可变性提供了安全性，以便正确的类被加载。
譬如你想加载java.sql.Connection类，而这个值被改成了myhacked.Connection，那么会对你的数据库造成不可知的破坏。（安全性）

效率优化

因为字符串是不可变的，所以在它创建的时候hashcode就被缓存了，不需要重新计算。
这就使得字符串很适合作为Map中的键，字符串的处理速度要快过其它的键对象。
这就是HashMap中的键往往都使用字符串。（效率优化）

总体来说，String不可变的原因要包括 设计考虑，效率优化，以及安全性这三大方面。

字符串常量池

如果想要了解字符串常量池，可以参考我的这篇文章——JVM面试题详解系列——Java中几种常量池的区分 。

String 是最基本的数据类型吗?

不是。Java 中的基本数据类型只有 8 个 ：byte、short、int、long、float、double、char、boolean；除了基本类型（primitive type），剩下的都是引用类型（referencetype），Java 5 以后引入的枚举类型也算是一种比较特殊的引用类型。

String有哪些特性?

  • 不变性：String 是只读字符串，是一个典型的 immutable 对象，对它进行任何操作，其实都是创建一个新的对象，再把引用指向该对象。不变模式的主要作用在于当一个对象需要被多线程共享并频繁访问时，可以保证数据的一致性；

  • 常量池优化：String 对象创建之后，会在字符串常量池中进行缓存，如果下次创建同样的对象时，会直接返回缓存的引用；

  • final：使用 final 来定义 String 类，表示 String 类不能被继承，提高了系统的安全性。

在使用 HashMap 的时候，用 String 做 key 有什么好处？

HashMap 内部实现是通过 key 的 hashcode 来确定 value 的存储位置，因为字符串是不可变的，所以当创建字符串时，它的 hashcode 被缓存下来，不需要再次计算，所以相比于其他对象更快。

字符串拼接用“+” 还是 StringBuilder?

Java 语言本身并不支持运算符重载，“+”和“+=”是专门为 String 类重载过的运算符，也是 Java 中仅有的两个重载过的运算符。

String str1 = "he";
String str2 = "llo";
String str3 = "world";
String str4 = str1 + str2 + str3;

上面的代码对应的字节码如下：

在这里插入图片描述
可以看出，字符串对象通过“+”的字符串拼接方式，实际上是通过 StringBuilder 调用 append() 方法实现的，拼接完成之后调用 toString() 得到一个 String 对象 。

不过，在循环内使用“+”进行字符串的拼接的话，存在比较明显的缺陷：编译器不会创建单个 StringBuilder 以复用，会导致创建过多的 StringBuilder 对象。

String[] arr = {"he", "llo", "world"};
String s = "";
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
    s += arr[i];
}
System.out.println(s);

StringBuilder 对象是在循环内部被创建的，这意味着每循环一次就会创建一个 StringBuilder 对象。

在这里插入图片描述
如果直接使用 StringBuilder 对象进行字符串拼接的话，就不会存在这个问题了。

String[] arr = {"he", "llo", "world"};
StringBuilder s = new StringBuilder();
for (String value : arr) {
    s.append(value);
}
System.out.println(s);

在这里插入图片描述

String#equals() 和 Object#equals() 有何区别？

String 中的 equals 方法是被重写过的，比较的是 String 字符串的值是否相等。 Object 的 equals 方法是比较的对象的内存地址。

String str="aaa"与 String str=new String(“aaa”)一样吗？new String(“aaa”);创建了几个字符串对象?

1.使用 String str = “aaa” ，程序运行时会在常量池中查找”aaa”字符串，若没有，会将”aaa”字符串放进常量池，再将其地址赋给a；若有，将找到的”aaa”字符串的地址赋给a。

2.使用 String str=new String(“aaa”) 会创建 1 或 2 个字符串对象。

如果字符串常量池中不存在字符串对象“abc”的引用，那么会在堆中创建 2 个字符串对象“abc”。

示例代码（JDK 1.8）：

String s1 = new String("abc");

对应的字节码：
在这里插入图片描述
ldc 命令用于判断字符串常量池中是否保存了对应的字符串对象的引用，如果保存了的话直接返回，如果没有保存的话，会在堆中创建对应的字符串对象并将该字符串对象的引用保存到字符串常量池中。

如果字符串常量池中已存在字符串对象“abc”的引用，则只会在堆中创建 1 个字符串对象“abc”。

示例代码（JDK 1.8）：

// 字符串常量池中已存在字符串对象“abc”的引用
String s1 = "abc";
// 下面这段代码只会在堆中创建 1 个字符串对象“abc”
String s2 = new String("abc");

对应的字节码：

在这里插入图片描述
这里就不对上面的字节码进行详细注释了，7 这个位置的 ldc 命令不会在堆中创建新的字符串对象“abc”，这是因为 0 这个位置已经执行了一次 ldc 命令，已经在堆中创建过一次字符串对象“abc”了。7 这个位置执行 ldc 命令会直接返回字符串常量池中字符串对象“abc”对应的引用。

intern 方法有什么作用?

String.intern() 是一个 native（本地）方法，其作用是将指定的字符串对象的引用保存在字符串常量池中，可以简单分为两种情况：

  • 如果字符串常量池中保存了对应的字符串对象的引用，就直接返回该引用。
  • 如果字符串常量池中没有保存了对应的字符串对象的引用，那就在常量池中创建一个指向该字符串对象的引用并返回。

示例代码（JDK 1.8） :

// 在堆中创建字符串对象”Java“
// 将字符串对象”Java“的引用保存在字符串常量池中
String s1 = "Java";
// 直接返回字符串常量池中字符串对象”Java“对应的引用
String s2 = s1.intern();
// 会在堆中在单独创建一个字符串对象
String s3 = new String("Java");
// 直接返回字符串常量池中字符串对象”Java“对应的引用
String s4 = s3.intern();
// s1 和 s2 指向的是堆中的同一个对象
System.out.println(s1 == s2); // true
// s3 和 s4 指向的是堆中不同的对象
System.out.println(s3 == s4); // false
// s1 和 s4 指向的是堆中的同一个对象
System.out.println(s1 == s4); //true

String 类型的变量和常量做“+”运算时发生了什么？

先来看字符串不加 final 关键字拼接的情况（JDK1.8）：

String str1 = "str";
String str2 = "ing";
String str3 = "str" + "ing";
String str4 = str1 + str2;
String str5 = "string";
System.out.println(str3 == str4);//false
System.out.println(str3 == str5);//true
System.out.println(str4 == str5);//false

注意 ：比较 String 字符串的值是否相等，可以使用 equals() 方法。 String 中的 equals 方法是被重写过的。 
Object 的 equals 方法是比较的对象的内存地址，而 String 的 equals 方法比较的是字符串的值是否相等。
如果你使用 == 比较两个字符串是否相等的话，IDEA 还是提示你使用 equals() 方法替换。

对于编译期可以确定值的字符串，也就是常量字符串 ，jvm 会将其存入字符串常量池。并且，字符串常量拼接得到的字符串常量在编译阶段就已经被存放字符串常量池，这个得益于编译器的优化。

在编译过程中，Javac 编译器（下文中统称为编译器）会进行一个叫做 常量折叠(Constant Folding) 的代码优化。《深入理解 Java 虚拟机》中是也有介绍到：

在这里插入图片描述
常量折叠会把常量表达式的值求出来作为常量嵌在最终生成的代码中，这是 Javac 编译器会对源代码做的极少量优化措施之一(代码优化几乎都在即时编译器中进行)。

对于 String str3 = “str” + “ing”； 编译器会优化成 String str3 = “string”。并不是所有的常量都会进行折叠，只有编译器在程序编译期就可以确定值的常量才可以：

  • 基本数据类型( byte、boolean、short、char、int、float、long、double)以及字符串常量。

  • final 修饰的基本数据类型和字符串变量

  • 字符串通过 “+”拼接得到的字符串、基本数据类型之间算数运算（加减乘除）、基本数据类型的位运算（<<、>>、>>> ）

引用的值在程序编译期是无法确定的，编译器无法对其进行优化。

对象引用和“+”的字符串拼接方式，实际上是通过 StringBuilder 调用 append() 方法实现的，拼接完成之后调用 toString() 得到一个 String 对象 。

String str4 = new StringBuilder().append(str1).append(str2).toString();

我们在平时写代码的时候，尽量避免多个字符串对象拼接，因为这样会重新创建对象。如果需要改变字符串的话，可以使用 StringBuilder 或者 StringBuffer。不过，字符串使用 final 关键字声明之后，可以让编译器当做常量来处理。

示例代码：

final String str1 = "str";
final String str2 = "ing";
// 下面两个表达式其实是等价的
String c = "str" + "ing";// 常量池中的对象
String d = str1 + str2; // 常量池中的对象
System.out.println(c == d);// true

被 final 关键字修改之后的 String 会被编译器当做常量来处理，编译器在程序编译期就可以确定它的值，其效果就相当于访问常量。

如果 ，编译器在运行时才能知道其确切值的话，就无法对其优化。

示例代码（str2 在运行时才能确定其值）：

final String str1 = "str";
final String str2 = getStr();
String c = "str" + "ing";// 常量池中的对象
String d = str1 + str2; // 在堆上创建的新的对象
System.out.println(c == d);// false
public static String getStr() {
      return "ing";
}

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