Java String類深入瞭解
要理解 java中String的運作方式，必須明確一點：String是一個非可變類（immutable）。什麼是非可變類呢？簡單說來，非可變類的實例是不能被修改的，每個實例中包含的信息都必須在該實例創建的時候就提供出來，並且在對象的整個生存週期內固定不變。java爲什麼要把String設計爲非可變類呢？你可以問問 james Gosling ：）。但是非可變類確實有着自身的優勢，如狀態單一，對象簡單，便於維護。其次，該類對象對象本質上是線程安全的，不要求同步。此外用戶可以共享非可變對象，甚至可以共享它們的內部信息。（詳見 《Effective java》item 13）。String類在java中被大量運用，甚至在class文件中都有其身影，因此將其設計爲簡單輕便的非可變類是比較合適的。
一、創建。
好了，知道String是非可變類以後，我們可以進一步瞭解String的構造方式了。創建一個Stirng對象，主要就有以下兩種方式：
java 代碼
| 1. String str1 = new String("abc"); |
| 2. Stirng str2 = "abc"; |
| 1. String str1 = new String("abc"); |
| 2. Stirng str2 = "abc"; |
| 1. String str1 = new String("abc"); |
| 2. Stirng str2 = "abc"; |
| 1. String str1 = new String("abc"); |
| 2. Stirng str2 = "abc"; |
| 1. String str1 = new String("abc"); |
| 2. Stirng str2 = "abc"; |
| 1. String str1 = new String("abc"); |
| 2. Stirng str2 = "abc"; |
| 1. String str1 = new String("abc"); |
| 2. Stirng str2 = "abc"; |
| 1. String str1 = new String("abc"); |
| 2. Stirng str2 = "abc"; |
| 1. String str1 = new String("abc"); |
| 2. Stirng str2 = "abc"; |
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1. String str1 = new String("abc"); |
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2. Stirng str2 = "abc"; |
雖然兩個語句都是返回一個String對象的引用，但是jvm對兩者的處理方式是不一樣的。對於第一種，jvm會馬上在heap中創建一個String對象，然後將該對象的引用返回給用戶。對於第二種，jvm首先會在內部維護的strings pool中通過String的 equals 方法查找是對象池中是否存放有該String對象，如果有，則返回已有的String對象給用戶，而不會在heap中重新創建一個新的String對象；如果對象池中沒有該String對象，jvm則在heap中創建新的String對象，將其引用返回給用戶，同時將該引用添加至strings pool中。注意：使用第一種方法創建對象時，jvm是不會主動把該對象放到strings pool裏面的，除非程序調用 String的intern方法。看下面的例子：
java 代碼
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1. String str1 = new String("abc"); //jvm 在堆上創建一個String對象 |
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2. |
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3. //jvm 在strings pool中找不到值爲“abc”的字符串，因此 |
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4. //在堆上創建一個String對象，並將該對象的引用加入至strings pool中 |
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5. //此時堆上有兩個String對象 |
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6. Stirng str2 = "abc"; |
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7. |
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8. if(str1 == str2){ |
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9. System.out.println("str1 == str2"); |
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10. }else{ |
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11. System.out.println("str1 != str2"); |
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12. } |
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13. //打印結果是 str1 != str2,因爲它們是堆上兩個不同的對象 |
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14. |
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15. String str3 = "abc"; |
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16. //此時，jvm發現strings pool中已有“abc”對象了，因爲“abc”equals “abc” |
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17. //因此直接返回str2指向的對象給str3，也就是說str2和str3是指向同一個對象的引用 |
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18. if(str2 == str3){ |
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19. System.out.println("str2 == str3"); |
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20. }else{ |
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21. System.out.println("str2 != str3"); |
|
22. } |
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23. //打印結果爲 str2 == str3 |
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再看下面的例子： |
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java 代碼 |
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1. String str1 = new String("abc"); //jvm 在堆上創建一個String對象 |
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2. |
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3. str1 = str1.intern(); |
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4. //程序顯式將str1放到strings pool中，intern運行過程是這樣的：首先查看strings pool |
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5. //有沒“abc”對象的引用，沒有，則在堆中新建一個對象，然後將新對象的引用加入至 |
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6. //strings pool中。執行完該語句後，str1原來指向的String對象已經成爲垃圾對象了，隨時會 |
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7. //被GC收集。 |
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8. |
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9. //此時，jvm發現strings pool中已有“abc”對象了，因爲“abc”equels “abc” |
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10. //因此直接返回str1指向的對象給str2，也就是說str2和str1引用着同一個對象， |
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11. //此時，堆上的有效對象只有一個。 |
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12. Stirng str2 = "abc"; |
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13. |
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14. if(str1 == str2){ |
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15. System.out.println("str1 == str2"); |
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16. }else{ |
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17. System.out.println("str1 != str2"); |
|
18. } |
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19. //打印結果是 str1 == str2 |
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20. |
爲什麼jvm可以這樣處理String對象呢？就是因爲String的非可變性。既然所引用的對象一旦創建就永不更改，那麼多個引用共用一個對象時互不影響。
二、串接（Concatenation）。
java程序員應該都知道濫用String的串接操作符是會影響程序的性能的。性能問題從何而來呢？歸根結底就是String類的非可變性。既然String對象都是非可變的，也就是對象一旦創建了就不能夠改變其內在狀態了，但是串接操作明顯是要增長字符串的，也就是要改變String的內部狀態，兩者出現了矛盾。怎麼辦呢？要維護String的非可變性，只好在串接完成後新建一個String 對象來表示新產生的字符串了。也就是說，每一次執行串接操作都會導致新對象的產生，如果串接操作執行很頻繁，就會導致大量對象的創建，性能問題也就隨之而來了。
爲了解決這個問題，jdk爲String類提供了一個可變的配套類，StringBuffer。使用StringBuffer對象，由於該類是可變的，串接時僅僅時改變了內部數據結構，而不會創建新的對象，因此性能上有很大的提高。針對單線程，jdk 5.0還提供了StringBuilder類，在單線程環境下，由於不用考慮同步問題，使用該類使性能得到進一步的提高。
三、String的長度
我們可以使用串接操作符得到一個長度更長的字符串，那麼，String對象最多能容納多少字符呢？查看String的源代碼我們可以得知類String中是使用域 count 來記錄對象字符的數量，而count 的類型爲 int，因此，我們可以推測最長的長度爲 2^32，也就是4G。
不過，我們在編寫源代碼的時候，如果使用 Sting str = "aaaa";的形式定義一個字符串，那麼雙引號裏面的ASCII字符最多隻能有 65534 個。爲什麼呢？因爲在class文件的規範中， CONSTANT_Utf8_info表中使用一個16位的無符號整數來記錄字符串的長度的，最多能表示 65536個字節，而java class 文件是使用一種變體UTF-8格式來存放字符的，null值使用兩個字節來表示，因此只剩下 65536－ 2 ＝ 65534個字節。也正是變體UTF-8的原因，如果字符串中含有中文等非ASCII字符，那麼雙引號中字符的數量會更少（一箇中文字符佔用三個字節）。如果超出這個數量，在編譯的時候編譯器會報錯。