java基礎(六)-----String性質深入解析

来源:https://www.cnblogs.com/java-chen-hao/archive/2019/02/20/10396575.html
-Advertisement-
Play Games

本文將講解String的幾個性質。 一、String的不可變性 對於初學者來說，很容易誤認為String對象是可以改變的，特別是+鏈接時，對象似乎真的改變了。然而，String對象一經創建就不可以修改。接下來，我們一步步 分析String是怎麼維護其不可改變的性質； 1. 手段一：final類 和 ...


本文將講解String的幾個性質。

一、String的不可變性

　　對於初學者來說，很容易誤認為String對象是可以改變的，特別是+鏈接時，對象似乎真的改變了。然而，String對象一經創建就不可以修改。接下來，我們一步步 分析String是怎麼維護其不可改變的性質；

1. 手段一：final類 和 final的私有成員

我們先看一下String的部分源碼：

1 public final class String
2     implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
3     /** The value is used for character storage. */
4     private final char value[];
5     /** Cache the hash code for the string */
6     private int hash; // Default to 0
7     /** use serialVersionUID from JDK 1.0.2 for interoperability */
8     private static final long serialVersionUID = -6849794470754667710L;
9 }

  我們可以發現 String是一個final類，且3個成員都是私有的，這就意味著String是不能被繼承的，這就防止出現：程式員通過繼承重寫String類的方法的手段來使得String類是“可變的”的情況。

  從源碼發現，每個String對象維護著一個char數組 —— 私有成員value。數組value 是String的底層數組，用於存儲字元串的內容，而且是 private final ，但是數組是引用類型，所以只能限制引用不改變而已，也就是說數組元素的值是可以改變的，而且String 有一個可以傳入數組的構造方法，那麼我們可不可以通過修改外部char數組元素的方式來“修改”String 的內容呢？

我們來做一個實驗，如下：

1 public static void main(String[] args) {
2     char[] arr = new char[]{'a','b','c','d'};       
3     String str = new String(arr);       
4     arr[3]='e';     
5     System.out.println("str= "+str);
6     System.out.println("arr[]= "+Arrays.toString(arr));
7 }

運行結果

1 str= abcd
2 arr[]= [a, b, c, e]

結果與我們所想不一樣。字元串str使用數組arr來構造一個對象，當數組arr修改其元素值後，字元串str並沒有跟著改變。那就看一下這個構造方法是怎麼處理的：

1 public String(char value[]) {
2     this.value = Arrays.copyOf(value, value.length);
3 }

原來 String在使用外部char數組構造對象時，是重新複製了一份外部char數組，從而不會讓外部char數組的改變影響到String對象。

2. 手段二：改變即創建對象的方法

　　從上面的分析我們知道，我們是無法從外部修改String對象的，那麼可不可能使用String提供的方法，因為有不少方法看起來是可以改變String對象的，如replace()、replaceAll()、substring()等。我們以substring()為例，看一下源碼：

1 public String substring(int beginIndex, int endIndex) {
2     //........
3     return ((beginIndex == 0) && (endIndex == value.length)) ? this
4             : new String(value, beginIndex, subLen);
5 }

從源碼可以看出，如果不是切割整個字元串的話，就會新建一個對象。也就是說，只要與原字元串不相等，就會新建一個String對象。

緩存Hashcode

　　Java中經常會用到字元串的哈希碼（hashcode）。例如，在HashMap中，字元串的不可變能保證其hashcode永遠保持一致，這樣就可以避免一些不必要的麻煩。這也就意味著每次在使用一個字元串的hashcode的時候不用重新計算一次，這樣更加高效。

在String類中，有以下代碼：

1 private int hash;//this is used to cache hash code.

以上代碼中hash變數中就保存了一個String對象的hashcode，因為String類不可變，所以一旦對象被創建，該hash值也無法改變。所以，每次想要使用該對象的hashcode的時候，直接返回即可。

二、字元串拼接

其實，所有的所謂字元串拼接，都是重新生成了一個新的字元串。下麵一段字元串拼接代碼：

1 String s = "abcd";
2 s = s.concat("ef");

其實最後我們得到的s已經是一個新的字元串了。如下圖

s中保存的是一個重新創建出來的String對象的引用.

那麼，在Java中，到底如何進行字元串拼接呢？字元串拼接有很多種方式，這裡簡單介紹幾種比較常用的

1、使用 + 拼接字元串

 我們先來看一個例子：

 1 public class MyTest {
 2     public static void main(String[] args) {
 3         String s = "Love You";      
 4         String s2 = "Love"+" You";
 5         String s3 = s2 + "";
 6         String s4 = new String("Love You");
 7         System.out.println("s == s2 "+(s==s2));
 8         System.out.println("s == s3 "+(s==s3));
 9         System.out.println("s == s4 "+(s==s4));
10     }
11 }

運行結果：

1 s == s2  true
2 s == s3  false
3 s == s4  false

  是不是對運行結果感覺很不解。別急，我們來慢慢理清楚。首先，我們要知道編譯器有個優點：在編譯期間會儘可能地優化代碼，所以能由編譯器完成的計算，就不會等到運行時計算，如常量表達式的計算就是在編譯期間完成的。所以，s2 的結果其實在編譯期間就已經計算出來了，與 s 的值是一樣，所以兩者相等，即都屬於字面常量，在類載入時創建並維護在字元串常量池中。但 s3 的表達式中含有變數 s2 ,只能是運行時才能執行計算，也就是說，在運行時才計算結果，在堆中創建對象，自然與 s 不相等。而 s4 使用new直接在堆中創建對象，更不可能相等。

  那在運行期間，是如何完成String的+號鏈接操作的呢，要知道String對象可是不可改變的對象。我們反編譯上面例子的calss文件，來看看究竟是怎麼實現的：

 1 public class MyTest
 2 {
 3     public MyTest()
 4     {
 5     }
 6     public static void main(String args[])
 7     {
 8         String s = "Love You";
 9         String s2 = "Love You";//已經得到計算結果
10         String s3 = (new StringBuilder(String.valueOf(s2))).toString();
11         String s4 = new String("Love You");
12         System.out.println((new StringBuilder("s == s2 ")).append(s == s2).toString());
13         System.out.println((new StringBuilder("s == s3 ")).append(s == s3).toString());
14         System.out.println((new StringBuilder("s == s4 ")).append(s == s4).toString());
15     }
16 }

可以看出，編譯器將 + 號處理成了StringBuilder.append()方法。也就是說，在運行期間，鏈接字元串的計算都是通過 創建StringBuilder對象，調用append()方法來完成的。

2、concat

除了使用+拼接字元串之外，還可以使用String類中的方法concat方法來拼接字元串。如：

1 String wechat = "ChenHao";
2 String introduce = "每日更新Java相關技術文章";
3 String hollis = wechat.concat(",").concat(introduce);

我們再來看一下concat方法的源代碼，看一下這個方法又是如何實現的。

 1 public String concat(String str) {
 2    int otherLen = str.length();
 3    if (otherLen == 0) {
 4        return this;
 5    }
 6    int len = value.length;
 7    char buf[] = Arrays.copyOf(value, len + otherLen);
 8    str.getChars(buf, len);
 9    return new String(buf, true);
10 }

這段代碼首先創建了一個字元數組，長度是已有字元串和待拼接字元串的長度之和，再把兩個字元串的值複製到新的字元數組中，並使用這個字元數組創建一個新的String對象並返回。

通過源碼我們也可以看到，經過concat方法，其實是new了一個新的String，這也就呼應到前面我們說的字元串的不變性問題上了。

三、StringBuffer和StringBuilder

接下來我們看看StringBuffer和StringBuilder的實現原理。和String類類似，StringBuilder類也封裝了一個字元數組，定義如下：

1 char[] value;

與String不同的是，它並不是final的，所以他是可以修改的。另外，與String不同，字元數組中不一定所有位置都已經被使用，它有一個實例變數，表示數組中已經使用的字元個數，定義如下：

1 int count;

其append源碼如下：

1 public StringBuilder append(String str) {
2    super.append(str);
3    return this;
4 }

該類繼承了AbstractStringBuilder類，看下其append方法：

1 public AbstractStringBuilder append(String str) {
2    if (str == null)
3        return appendNull();
4    int len = str.length();
5    ensureCapacityInternal(count + len);
6    str.getChars(0, len, value, count);
7    count += len;
8    return this;
9 }

append會直接拷貝字元到內部的字元數組中，如果字元數組長度不夠，會進行擴展。

 

StringBuffer和StringBuilder類似，最大的區別就是StringBuffer是線程安全的，看一下StringBuffer的append方法。

1 public synchronized StringBuffer append(String str) {
2    toStringCache = null;
3    super.append(str);
4    return this;
5 }

該方法使用synchronized進行聲明，說明是一個線程安全的方法。而StringBuilder則不是線程安全的。

效率比較

既然有這麼多種字元串拼接的方法，那麼到底哪一種效率最高呢？我們來簡單對比一下。

 1 long t1 = System.currentTimeMillis();
 2 String str = "chenhao";
 3 //StringBuffer str = new StringBuffer("chenhao");
 4 for (int i = 0; i &lt; 50000; i++) {
 5    String s = String.valueOf(i);
 6    str += s;
 7    //str=str.concat(s);
 8    //str.append(s);
 9 }
10 long t2 = System.currentTimeMillis();
11 System.out.println("+ cost:" + (t2 - t1));

我們使用形如以上形式的代碼，分別測試下五種字元串拼接代碼的運行時間。得到結果如下：

1 + cost:5119
2 StringBuilder cost:3
3 StringBuffer cost:4
4 concat cost:3623

從結果可以看出，用時從短到長的對比是：

StringBuilder < StringBuffer < concat < + < StringUtils.join

StringBuffer在StringBuilder的基礎上，做了同步處理，所以在耗時上會相對多一些，這個很好理解。

那麼問題來了，前面我們分析過，其實使用+拼接字元串的實現原理也是使用的StringBuilder，那為什麼結果相差這麼多，高達1000多倍呢？

我們再把以下代碼反編譯下：

1 long t1 = System.currentTimeMillis();
2 String str = "chenhao";
3 for (int i = 0; i &lt; 50000; i++) {
4    String s = String.valueOf(i);
5    str += s;
6 }
7 long t2 = System.currentTimeMillis();
8 System.out.println("+ cost:" + (t2 - t1));

反編譯後代碼如下：

 1 long t1 = System.currentTimeMillis();
 2 String str = "chenhao";
 3 for(int i = 0; i &lt; 50000; i++)
 4 {
 5    String s = String.valueOf(i);
 6    str = (new StringBuilder()).append(str).append(s).toString();
 7 }
 8 
 9 long t2 = System.currentTimeMillis();
10 System.out.println((new StringBuilder()).append("+ cost:").append(t2 - t1).toString());

我們可以看到，反編譯後的代碼，在for迴圈中，每次都是new了一個StringBuilder，然後再把String轉成StringBuilder，再進行append。

而頻繁的新建對象當然要耗費很多時間了，不僅僅會耗費時間，頻繁的創建對象，還會造成記憶體資源的浪費。

所以：迴圈體內，字元串的連接方式，使用StringBuilder 的 append 方法進行擴展。而不要使用+。

推薦博客

　　https://www.cnblogs.com/chen-haozi/p/10227797.html

總結

本文介紹了什麼是字元串拼接，雖然字元串是不可變的，但是還是可以通過新建字元串的方式來進行字元串的拼接。

常用的字元串拼接方式有五種，分別是使用+、使用concat、使用StringBuilder、使用StringBuffer以及使用StringUtils.join。

由於字元串拼接過程中會創建新的對象，所以如果要在一個迴圈體中進行字元串拼接，就要考慮記憶體問題和效率問題。

因此，經過對比，我們發現，直接使用StringBuilder的方式是效率最高的。因為StringBuilder天生就是設計來定義可變字元串和字元串的變化操作的。

但是，還要強調的是：

1、如果不是在迴圈體中進行字元串拼接的話，直接使用+就好了。

2、如果在併發場景中進行字元串拼接的話，要使用StringBuffer來代替StringBuilder。

 


您的分享是我們最大的動力!

-Advertisement-
Play Games
更多相關文章
  • ECMAScript 6中數組新方法
    數組的方法 數組的的大部分方法都可以實現數組的遍歷。 foreach方法 實現數組的遍歷 map方法 map方法的作用：會生成一個與遍歷對象數組相同長度的新數組，並且map中的返回值就是新數組的參數值。 filter方法 過濾，起到篩選的作用。 find方法 includes方法 some方法和ar ...
  • CSS中盒模型的理解
    今天突然看到一篇關於CSS中盒模型的文章，忽然覺得自己竟然遺忘了很多小的地方，所以寫一篇文章來記憶一下 （摘抄於千與千尋寫的CSS盒子模型理解，併在自己基礎上添加了一些東西，希望更完善，對大家有幫助） 1.基本的盒模型知識 CSS css盒子模型 又稱框模型 (Box Model) ，包含了元素內容 ...
  • 前端靜態資源請求和載入優化總結
    靜態資源的請求和載入速度，直接影響頁面呈現，應該怎麼優化呢？ ...
  • js函數式編程術語總結 - 持續更新
    程式的冪等性，概念：一個函數執行多次皆返回相同的結果。作用：一個函數被調用多次時，保證內部狀態的一致性 ...
  • vue中如何使用mockjs摸擬介面的各種數據
    mock有兩種使用方式，一種是僅編寫數據來調用，第二種是編寫 服務+數據模擬真實介面（可在network查看） ...
  • SpringCloud 學習(一) ：Features
    話不多說，現在在開發微服務項目，也想系統的學習一下SpringCloud，顧選擇硬著頭皮跟著英文官方文檔學習一遍SpringCloud。 現在公司在用SpringCloud，也有很好的實踐應用，加上更加系統的學習，不知道結果會怎樣，至少自己努力過，就不會後悔！ 接下來開始SpringCloud的學習 ...
  • Apache Shiro(一)-登錄認證和許可權管理初識
    What is Apache Shiro? Apache Shiro是一個功能強大、靈活的，開源的安全框架。它可以乾凈利落地處理身份驗證、授權、企業會話管理和加密。 Apache Shiro的首要目標是易於使用和理解。安全通常很複雜，甚至讓人感到很痛苦，但是Shiro卻不是這樣子的。一個好的安全框架 ...
  • 到底多大才算高併發？
    一、什麼是高併發 定義： 高併發(High Concurrency)是使用技術手段使系統可以並行處理很多請求。 關鍵指標： -響應時間(Response Time) -吞吐量(Throughput) -每秒查詢率QPS(Query Per Second) -每秒事務處理量TPS(Transactio ...
一周排行
    -Advertisement-
    Play Games
  • 移動開發（一）：使用.NET MAUI開發第一個安卓APP
    移動開發（一）：使用.NET MAUI開發第一個安卓APP 對於工作多年的C#程式員來說，近來想嘗試開發一款安卓APP，考慮了很久最終選擇使用.NET MAUI這個微軟官方的框架來嘗試體驗開發安卓APP，畢竟是使用Visual Studio開發工具，使用起來也比較的順手，結合微軟官方的教程進行了安卓 ...
  • wpf ToggleButton選中效果和一個登錄界面
    前言 QuestPDF 是一個開源 .NET 庫，用於生成 PDF 文檔。使用了C# Fluent API方式可簡化開發、減少錯誤並提高工作效率。利用它可以輕鬆生成 PDF 報告、發票、導出文件等。 項目介紹 QuestPDF 是一個革命性的開源 .NET 庫，它徹底改變了我們生成 PDF 文檔的方 ...
  • 彈幕樹洞項目功能新增篇
    項目地址 項目後端地址： https://github.com/ZyPLJ/ZYTteeHole 項目前端頁面地址： ZyPLJ/TreeHoleVue (github.com) https://github.com/ZyPLJ/TreeHoleVue 目前項目測試訪問地址： http://tree ...
  • 第27篇 sqlserver2022詳細安裝步驟
    話不多說，直接開乾 一.下載 1.官方鏈接下載： https://www.microsoft.com/zh-cn/sql-server/sql-server-downloads 2.在下載目錄中找到下麵這個小的安裝包 SQL2022-SSEI-Dev.exe，運行開始下載SQL server； 二. ...
  • .NET 開源高性能 MQTT 類庫
    前言 隨著物聯網（IoT）技術的迅猛發展，MQTT（消息隊列遙測傳輸）協議憑藉其輕量級和高效性，已成為眾多物聯網應用的首選通信標準。 MQTTnet 作為一個高性能的 .NET 開源庫，為 .NET 平臺上的 MQTT 客戶端與伺服器開發提供了強大的支持。 本文將全面介紹 MQTTnet 的核心功能 ...
  • Serilog文檔翻譯系列（六） - 可用的接收器、增強器、格式化輸出
    Serilog支持多種接收器用於日誌存儲，增強器用於添加屬性，LogContext管理動態屬性，支持多種輸出格式包括純文本、JSON及ExpressionTemplate。還提供了自定義格式化選項，適用於不同需求。 ...
  • 警惕 Visual Studio 屬性求值副作用導致邏輯不符合預期
    目錄簡介獲取 HTML 文檔解析 HTML 文檔測試參考文章 簡介 動態內容網站使用 JavaScript 腳本動態檢索和渲染數據，爬取信息時需要模擬瀏覽器行為，否則獲取到的源碼基本是空的。 本文使用的爬取步驟如下： 使用 Selenium 獲取渲染後的 HTML 文檔 使用 HtmlAgility ...
  • [使用目前最新版]HybridCLR6.9.0+YooAsset2.2.4實現純C# Unity熱更新方案 (一)
    1.前言 什麼是熱更新 游戲或者軟體更新時，無需重新下載客戶端進行安裝，而是在應用程式啟動的情況下，在內部進行資源或者代碼更新 Unity目前常用熱更新解決方案 HybridCLR，Xlua，ILRuntime等 Unity目前常用資源管理解決方案 AssetBundles，Addressable， ...
  • 在 ASP.NET Core Web API 中使用操作篩選器統一處理通用操作
    本文章主要是在C# ASP.NET Core Web API框架實現向手機發送驗證碼簡訊功能。這裡我選擇是一個互億無線簡訊驗證碼平臺，其實像阿裡雲，騰訊雲上面也可以。 首先我們先去 互億無線 https://www.ihuyi.com/api/sms.html 去註冊一個賬號 註冊完成賬號後，它會送 ...
  • 第28篇 如何.net中實現高效可靠數據同步api
    通過以下方式可以高效，並保證數據同步的可靠性 1.API設計 使用RESTful設計，確保API端點明確，並使用適當的HTTP方法（如POST用於創建，PUT用於更新）。 設計清晰的請求和響應模型，以確保客戶端能夠理解預期格式。 2.數據驗證 在伺服器端進行嚴格的數據驗證，確保接收到的數據符合預期格 ...
所有分類