java String类源码解析

0 概述

  • String表示字符串,为final类型,定义之后就不能改变
  • 字符串缓冲区StringBuilder支持可变的字符串

1 源码分析

1.1 定义

public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence
  • Serializable:用于序列化。
  • Comparable<String>:默认的比较器。
  • CharSequence:提供对字符序列的统一、只读的操作。
CharSequence接口实现类.png

CharSequence接口成员.png

1.2 重要属性

1.2.1 char value[]

 /** The value is used for character storage. */
    private final char value[];

用于存储字符串内容的字符数组,同样为final类型,初始化之后就不能再更改。

1.2.2 hash

    /** Cache the hash code for the string */
    private int hash; // Default to 0

String的hash值为一个32位的整型数值,具体的计算方法见hashCode()方法。

1.3 重要的构造方法

String的构造方法有很多种,常用的包括:

1.3.1 使用字符串构造

    public String(String original) {
        this.value = original.value;
        this.hash = original.hash;
    }

直接将源String的value和hash两个属性赋值给目标String。由于String不可变,所以不用担心源String的值会影响目标String的值。

1.3.2 使用字符数组构造

  /**
     * Allocates a new {@code String} so that it represents the sequence of
     * characters currently contained in the character array argument. The
     * contents of the character array are copied; subsequent modification of
     * the character array does not affect the newly created string.
     *
     * @param  value
     *         The initial value of the string
     */
  public String(char value[]) {
        this.value = Arrays.copyOf(value, value.length);
    }

用字符数组初始化String,不能直接设置目标String的value为当前参数,因为参数字符数组的变化会影响目标String。需要重新分配一个新的字符数组。

1.3.3 使用StringBuffer和StringBuider构造

    public String(StringBuffer buffer) {
        synchronized(buffer) {
            this.value = Arrays.copyOf(buffer.getValue(), buffer.length());
        }
    }

    public String(StringBuilder builder) {
        this.value = Arrays.copyOf(builder.getValue(), builder.length());
    }

这两个方法用的很少,一般使用StringBuider的toString()方法得到,效率也比StringBuffer要高。

 public String toString() {
    // Create a copy, don't share the array
    return new String(value, 0, count);
 }

1.3.4 使用字节数组构造

   public String(byte bytes[], int offset, int length, Charset charset) {
        if (charset == null)
            throw new NullPointerException("charset");
        checkBounds(bytes, offset, length);
        this.value =  StringCoding.decode(charset, bytes, offset, length);
    }

通过指定Charset编码来进行byte[]与String之间的转化。

1.3.5 特殊的内部构造方法

    /*
    * Package private constructor which shares value array for speed.
    * this constructor is always expected to be called with share==true.
    * a separate constructor is needed because we already have a public
    * String(char[]) constructor that makes a copy of the given char[].
    */
    String(char[] value, boolean share) {
        // assert share : "unshared not supported";
        this.value = value;
    }

其中,share只能为true,因为它只是一个为了区分String(char[])而设计的参数。这种方法直接用引用赋值,不需要复制数组,速度快,同时可以节省内存。但是该方法为包私有,外部不可访问。这是因为影响了String类的不可变性。
这种方式存在“性能问题”。比如jdk6中的subString,直接持有源String的字符数组,如果源String很长,目标String很短,则有性能问题。
比如:

//JDK 6
String(int offset, int count, char value[]) {
    this.value = value;
    this.offset = offset;
    this.count = count;
}
 
public String substring(int beginIndex, int endIndex) {
    //check boundary
    return  new String(offset + beginIndex, endIndex - beginIndex, value);
}
//JDK 7
public String(char value[], int offset, int count) {
    //check boundary
    this.value = Arrays.copyOfRange(value, offset, offset + count);
}
 
public String substring(int beginIndex, int endIndex) {
    //check boundary
    int subLen = endIndex - beginIndex;
    return new String(value, beginIndex, subLen);
}

详情见:https://www.programcreek.com/2013/09/the-substring-method-in-jdk-6-and-jdk-7/

1.4 重要的成员方法

1.4.1 比较方法

boolean equals(Object anObject);//比较内容
boolean equalsIgnoreCase(String anotherString);//忽略大小写的前提下比较内容
int compareTo(String anotherString);//比较大小
int compareToIgnoreCase(String str);
boolean regionMatches(int toffset, String other, int ooffset,int len)  //局部匹配
boolean regionMatches(boolean ignoreCase, int toffset,String other, int ooffset, int len)   //局部匹配

public boolean equals(Object anObject) {
        if (this == anObject) {
            return true;
        }
        if (anObject instanceof String) {
            String anotherString = (String)anObject;
            int n = value.length;
            if (n == anotherString.value.length) {
                char v1[] = value;
                char v2[] = anotherString.value;
                int i = 0;
                while (n-- != 0) {
                    if (v1[i] != v2[i])
                        return false;
                    i++;
                }
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    public int compareTo(String anotherString) {
        int len1 = value.length;
        int len2 = anotherString.value.length;
        int lim = Math.min(len1, len2);
        char v1[] = value;
        char v2[] = anotherString.value;

        int k = 0;
        while (k < lim) {
            char c1 = v1[k];
            char c2 = v2[k];
            if (c1 != c2) {
                return c1 - c2;
            }
            k++;
        }
        return len1 - len2;
    }

1.4.2 hashCode

  /**
     * Returns a hash code for this string. The hash code for a
     * {@code String} object is computed as
     * <blockquote><pre>
     * s[0]*31^(n-1) + s[1]*31^(n-2) + ... + s[n-1]
     * </pre></blockquote>
     * using {@code int} arithmetic, where {@code s[i]} is the
     * <i>i</i>th character of the string, {@code n} is the length of
     * the string, and {@code ^} indicates exponentiation.
     * (The hash value of the empty string is zero.)
     *
     * @return  a hash code value for this object.
     */
    public int hashCode() {
        int h = hash;
        if (h == 0 && value.length > 0) {
            char val[] = value;
            for (int i = 0; i < value.length; i++) {
                h = 31 * h + val[i];
            }
            hash = h;
        }
        return h;
    }

1.4.3 valueOf

将基本数据类型转为String

 public static String valueOf(boolean b) {
      return b ? "true" : "false";
  }

  public static String valueOf(char c) {
       char data[] = {c};
       return new String(data, true);
  }
  public static String valueOf(int i) {
      return Integer.toString(i);
  }

//Integer的toString
    public static String toString(int i) {
        if (i == Integer.MIN_VALUE)
            return "-2147483648";
        int size = (i < 0) ? stringSize(-i) + 1 : stringSize(i);
        char[] buf = new char[size];
        getChars(i, size, buf);
        return new String(buf, true);
    }

1.4.4 intern()方法

native方法,返回对象池中该对象的引用。

    /**
     * Returns a canonical representation for the string object.
     * <p>
     * A pool of strings, initially empty, is maintained privately by the
     * class {@code String}.
     * <p>
     * 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.
     * <p>
     * It follows that for any two strings {@code s} and {@code t},
     * {@code s.intern() == t.intern()} is {@code true}
     * if and only if {@code s.equals(t)} is {@code true}.
     * <p>
     * All literal strings and string-valued constant expressions are
     * interned. String literals are defined in section 3.10.5 of the
     * <cite>The Java&trade; Language Specification</cite>.
     *
     * @return  a string that has the same contents as this string, but is
     *          guaranteed to be from a pool of unique strings.
     */
    public native String intern();

1.4.5 对+的重载

String的“+”是java中唯一的一个重载运算符。具体实现如下:

public static void main(String[] args) {
    String string="hollis";
    String string2 = string + "chuang";
}

反编译为:

public static void main(String args[]){
   String string = "hollis";
   String string2 = (new StringBuilder(String.valueOf(string))).append("chuang").toString();
}

即String对"+"的支持,实际上是使用StringBuilder的append以及toString。

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