后端面试每日一题聊聊最基础的String

约定不等于承诺〃 2022-10-16 02:54 170阅读 0赞

### 文章目录 ###

*   *  如何实现
     *  常见方法
     *  常见面试题
     *   *  为什么 String 类型要用 final 修饰？
         *  == 和 equals 的区别是什么？
         *  String 和 StringBuilder、StringBuffer 有什么区别？
         *  String 的 intern() 方法有什么含义？
         *  String 类型在 JVM（Java 虚拟机）中是如何存储的？编译器对 String 做了哪些优化？
         *  如何证明Java7以及之后常量池是在堆中的

## 如何实现 ##

以主流的 JDK 版本 1.8 来说，String 内部实际存储结构为 char 数组，源码如下：

public final class String
        implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence { 
        // 用于存储字符串的值
        private final char value[];
        // 缓存字符串的 hash code
        private int hash; // Default to 0
        // ......其他内容
    }

> Java 9 之后 String 的存储就从 char 数组转成了 byte 数组，这样做的好处是存储变的更紧凑，占用的内存更少，操作性能更高了。

## 常见方法 ##

*  1.  多构造方法

String 字符串有以下 4 个重要的构造方法：

// String 为参数的构造方法
    public String(String original) { 
        this.value = original.value;
        this.hash = original.hash;
    }
    // char[] 为参数构造方法
    public String(char value[]) { 
        this.value = Arrays.copyOf(value, value.length);
    }
    // StringBuffer 为参数的构造方法
    public String(StringBuffer buffer) { 
        synchronized(buffer) { 
            this.value = Arrays.copyOf(buffer.getValue(), buffer.length());
        }
    }
    // StringBuilder 为参数的构造方法
    public String(StringBuilder builder) { 
        this.value = Arrays.copyOf(builder.getValue(), builder.length());
    }

其中，比较容易被我们忽略的是以 StringBuffer 和 StringBuilder 为参数的构造函数，因为这三种数据类型，我们通常都是单独使用的，所以这个小细节我们需要特别留意一下。

*  1.  equals() 比较两个字符串是否相等

源码如下：

public boolean equals(Object anObject) { 
        // 对象引用相同直接返回 true
        if (this == anObject) { 
            return true;
        }
        // 判断需要对比的值是否为 String 类型，如果不是则直接返回 false
        if (anObject instanceof String) { 
            String anotherString = (String)anObject;
            int n = value.length;
            if (n == anotherString.value.length) { 
                // 把两个字符串都转换为 char 数组对比
                char v1[] = value;
                char v2[] = anotherString.value;
                int i = 0;
                // 循环比对两个字符串的每一个字符
                while (n-- != 0) { 
                    // 如果其中有一个字符不相等就 true false，否则继续对比
                    if (v1[i] != v2[i])
                        return false;
                    i++;
                }
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

String 类型重写了 Object 中的 equals() 方法，equals() 方法需要传递一个 Object 类型的参数值，在比较时会先通过 instanceof 判断是否为 String 类型，如果不是则会直接返回 false，instanceof 的使用如下：

Object oString = "123";
    Object oInt = 123;
    System.out.println(oString instanceof String); // 返回 true
    System.out.println(oInt instanceof String); // 返回 false

当判断参数为 String 类型之后，会循环对比两个字符串中的每一个字符，当所有字符都相等时返回 true，否则则返回 false。  
还有一个和 equals() 比较类似的方法 equalsIgnoreCase()，它是用于忽略字符串的大小写之后进行字符串对比。

*  1.  compareTo() 比较两个字符串

compareTo() 方法用于比较两个字符串，返回的结果为 int 类型的值，源码如下：

public int compareTo(String anotherString) { 
        int len1 = value.length;
        int len2 = anotherString.value.length;
        // 获取到两个字符串长度最短的那个 int 值
        int lim = Math.min(len1, len2);
        char v1[] = value;
        char v2[] = anotherString.value;
        int k = 0;
        // 对比每一个字符
        while (k < lim) { 
            char c1 = v1[k];
            char c2 = v2[k];
            if (c1 != c2) { 
                // 有字符不相等就返回差值
                return c1 - c2;
            }
            k++;
        }
        return len1 - len2;
    }

从源码中可以看出，compareTo() 方法会循环对比所有的字符，当两个字符串中有任意一个字符不相同时，则 return char1-char2。比如，两个字符串分别存储的是 1 和 2，返回的值是 -1；如果存储的是 1 和 1，则返回的值是 0 ，如果存储的是 2 和 1，则返回的值是 1。

还有一个和 compareTo() 比较类似的方法 compareToIgnoreCase()，用于忽略大小写后比较两个字符串。  
可以看出 compareTo() 方法和 equals() 方法都是用于比较两个字符串的，但它们有两点不同：

*  equals() 可以接收一个 Object 类型的参数，而 compareTo() 只能接收一个 String 类型的参数；
 *  equals() 返回值为 Boolean，而 compareTo() 的返回值则为 int。

它们都可以用于两个字符串的比较，当 equals() 方法返回 true 时，或者是 compareTo() 方法返回 0 时，则表示两个字符串完全相同。

*  1.  其他重要方法
 *  indexOf()：查询字符串首次出现的下标位置
 *  lastIndexOf()：查询字符串最后出现的下标位置
 *  contains()：查询字符串中是否包含另一个字符串
 *  toLowerCase()：把字符串全部转换成小写
 *  toUpperCase()：把字符串全部转换成大写
 *  length()：查询字符串的长度
 *  trim()：去掉字符串首尾空格
 *  replace()：替换字符串中的某些字符
 *  split()：把字符串分割并返回字符串数组
 *  join()：把字符串数组转为字符串

## 常见面试题 ##

### 为什么 String 类型要用 final 修饰？ ###

> 其实就是用final就是不可变性
> 
>  *  提高了安全性，作为参数默认自带final特性 不能更改
>  *  提高效率，可以依据其不可变性来实现了常量池

从 String 类的源码我们可以看出 String 是被 final 修饰的不可继承类，源码如下：

public final class String 
    	implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {  //...... }

那这样设计有什么好处呢？  
Java 语言之父 James Gosling 的回答是，他会更倾向于使用 final，因为它能够缓存结果，当你在传参时不需要考虑谁会修改它的值；如果是可变类的话，则有可能需要重新拷贝出来一个新值进行传参，这样在性能上就会有一定的损失。  
James Gosling 还说迫使 String 类设计成不可变的另一个原因是安全，当你在调用其他方法时，比如调用一些系统级操作指令之前，可能会有一系列校验，如果是可变类的话，可能在你校验过后，它的内部的值又被改变了，这样有可能会引起严重的系统崩溃问题，这是迫使 String 类设计成不可变类的一个重要原因。

**总结来说，使用 final 修饰的第一个好处是安全；第二个好处是高效，以 JVM 中的字符串常量池来举例**

如下两个变量：

String s1 = "java";
    String s2 = "java";

只有字符串是不可变时，我们才能实现字符串常量池，字符串常量池可以为我们缓存字符串，提高程序的运行效率，如下图所示：  
![img][]  
试想一下如果 String 是可变的，那当 s1 的值修改之后，s2 的值也跟着改变了，这样就和我们预期的结果不相符了，因此也就没有办法实现字符串常量池的功能了

### == 和 equals 的区别是什么？ ###

*  == 对于基本数据类型来说，是用于比较 “值”是否相等的；
 *  而对于引用类型来说，是用于比较引用地址是否相同的。

查看源码我们可以知道 Object 中也有 equals() 方法，源码如下：

public boolean equals(Object obj) { 
        return (this == obj);
    }

可以看出，Object 中的 equals() 方法其实就是 ==，而 String 重写了 equals() 方法把它修改成比较两个字符串的值是否相等。

源码如下：

### String 和 StringBuilder、StringBuffer 有什么区别？ ###

因为 String 类型是不可变的，所以在字符串拼接的时候如果使用 String 的话性能会很低，因此我们就需要使用另一个数据类型 StringBuffer，它提供了 append 和 insert 方法可用于字符串的拼接，它使用 synchronized 来保证线程安全，如下源码所示：

@Override
    public synchronized StringBuffer append(Object obj) { 
        toStringCache = null;
        super.append(String.valueOf(obj));
        return this;
    }
    
    @Override
    public synchronized StringBuffer append(String str) { 
        toStringCache = null;
        super.append(str);
        return this;
    }

因为它使用了 synchronized 来保证线程安全，所以性能不是很高，于是在 JDK 1.5 就有了 StringBuilder，它同样提供了 append 和 insert 的拼接方法，但它没有使用 synchronized 来修饰，因此在性能上要优于 StringBuffer，所以在非并发操作的环境下可使用 StringBuilder 来进行字符串拼接。

### String 的 intern() 方法有什么含义？ ###

String\#intern 是一个 native 方法，注释写的很详细，“如果常量池中存在当前字符串, 就会直接返回当前字符串. 如果常量池中没有此字符串, 会将此字符串放入常量池中后, 再返回”。

### String 类型在 JVM（Java 虚拟机）中是如何存储的？编译器对 String 做了哪些优化？ ###

String 常见的创建方式有两种，new String() 的方式和直接赋值的方式。

*  **直接赋值**的方式会先去字符串常量池中查找是否已经有此值，如果有则把引用地址直接指向此值，否则会先在常量池中创建，然后再把引用指向此值；
 *  **而 new String()** 的方式一定会先在堆上创建一个字符串对象，然后再去常量池中查询此字符串的值是否已经存在，如果不存在会先在常量池中创建此字符串，然后把引用的值指向此字符串，如下代码所示：

String s1 = new String("Java");
    String s2 = s1.intern();
    String s3 = "Java";
    System.out.println(s1 == s2); // false
    System.out.println(s2 == s3); // true

它们在 JVM 存储的位置，如下图所示：  
![img][img 1]  
小贴士：JDK 1.7 之后把永生代换成的元空间，把字符串常量池从方法区移到了 Java 堆上。

除此之外编译器还会对 String 字符串做一些优化，例如以下代码：

String s1 = "Ja" + "va";
    String s2 = "Java";
    System.out.println(s1 == s2);

虽然 s1 拼接了多个字符串，但对比的结果却是 true，我们使用反编译工具，看到的结果如下：

Compiled from "StringExample.java"
    public class com.lagou.interview.StringExample { 
      public com.lagou.interview.StringExample();
        Code:
           0: aload_0
           1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
           4: return
        LineNumberTable:
          line 3: 0
    
      public static void main(java.lang.String[]);
        Code:
           0: ldc           #2                  // String Java
           2: astore_1
           3: ldc           #2                  // String Java
           5: astore_2
           6: getstatic     #3                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
           9: aload_1
          10: aload_2
          11: if_acmpne     18
          14: iconst_1
          15: goto          19
          18: iconst_0
          19: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Z)V
          22: return
        LineNumberTable:
          line 5: 0
          line 6: 3
          line 7: 6
          line 8: 22
    }

从编译代码 \#2 可以看出，代码 “Ja”+“va” 被直接编译成了 “Java” ，因此 s1==s2 的结果才是 true，这就是编译器对字符串优化的结果。

### 如何证明Java7以及之后常量池是在堆中的 ###

你可以将 -Xmx 设置小一些，然后 while 循环调用 String.valueOf(i++).intern() 看 OOM 异常信息 Java heap space 就可以看出字符串常量池已经被移到堆中了，或者是看周志明的《深入理解Java虚拟机》2.4 实战：OutOfMemoryError 里面有写。

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声明：

*  基于拉勾《Java源码剖析34讲》自己做的笔记

[img]: /images/20221014/404adbfc66d5479c8ec26615a21dbac3.png
[img 1]: /images/20221014/2924f26069b4422ba685aa074c5af92c.png