2007-01-04

理解java String

关键字: string
     要理解 java中String的运作方式，必须明确一点：String是一个非可变类（immutable）。什么是非可变类呢？简单说来，非可变类的实例是不能被修改的，每个实例中包含的信息都必须在该实例创建的时候就提供出来，并且在对象的整个生存周期内固定不变。java为什么要把String设计为非可变类呢？你可以问问 james Gosling ：）。但是非可变类确实有着自身的优势，如状态单一，对象简单，便于维护。其次，该类对象对象本质上是线程安全的，不要求同步。此外用户可以共享非可变对象，甚至可以共享它们的内部信息。（详见 《Effective java》item 13）。String类在java中被大量运用，甚至在class文件中都有其身影，因此将其设计为简单轻便的非可变类是比较合适的。

一、创建。
    好了，知道String是非可变类以后，我们可以进一步了解String的构造方式了。创建一个Stirng对象，主要就有以下两种方式：

java 代码
  1. String str1 = new String("abc");    
  2. Stirng str2 = "abc";  

     虽然两个语句都是返回一个String对象的引用，但是jvm对两者的处理方式是不一样的。对于第一种，jvm会马上在heap中创建一个String对象，然后将该对象的引用返回给用户。对于第二种，jvm首先会在内部维护的strings pool中通过String的 equels 方法查找是对象池中是否存放有该String对象，如果有，则返回已有的String对象给用户，而不会在heap中重新创建一个新的String对象；如果对象池中没有该String对象，jvm则在heap中创建新的String对象，将其引用返回给用户，同时将该引用添加至strings pool中。注意：使用第一种方法创建对象时，jvm是不会主动把该对象放到strings pool里面的，除非程序调用 String的intern方法。看下面的例子：

java 代码
  1. String str1 = new String("abc"); //jvm 在堆上创建一个String对象   
  2.   
  3.  //jvm 在strings pool中找不到值为“abc”的字符串，因此   
  4.  //在堆上创建一个String对象，并将该对象的引用加入至strings pool中   
  5.  //此时堆上有两个String对象   
  6. Stirng str2 = "abc";   
  7.   
  8.  if(str1 == str2){   
  9.          System.out.println("str1 == str2");   
  10.  }else{   
  11.          System.out.println("str1 != str2");   
  12.  }   
  13.   //打印结果是 str1 != str2,因为它们是堆上两个不同的对象   
  14.   
  15.   String str3 = "abc";   
  16.  //此时，jvm发现strings pool中已有“abc”对象了，因为“abc”equels “abc”   
  17.  //因此直接返回str2指向的对象给str3，也就是说str2和str3是指向同一个对象的引用   
  18.   if(str2 == str3){   
  19.          System.out.println("str2 == str3");   
  20.   }else{   
  21.          System.out.println("str2 != str3");   
  22.   }   
  23.  //打印结果为 str2 == str3  

   再看下面的例子：

java 代码
  1. String str1 = new String("abc"); //jvm 在堆上创建一个String对象   
  2.   
  3. str1 = str1.intern();   
  4. //程序显式将str1放到strings pool中，intern运行过程是这样的：首先查看strings pool   
  5. //有没“abc”对象的引用，没有，则在堆中新建一个对象，然后将新对象的引用加入至   
  6. //strings pool中。执行完该语句后，str1原来指向的String对象已经成为垃圾对象了，随时会   
  7. //被GC收集。   
  8.   
  9. //此时，jvm发现strings pool中已有“abc”对象了，因为“abc”equels “abc”   
  10. //因此直接返回str1指向的对象给str2，也就是说str2和str1引用着同一个对象，   
  11. //此时，堆上的有效对象只有一个。   
  12. Stirng str2 = "abc";   
  13.   
  14.  if(str1 == str2){   
  15.          System.out.println("str1 == str2");   
  16.  }else{   
  17.          System.out.println("str1 != str2");   
  18.  }   
  19.   //打印结果是 str1 == str2   
  20.   

 

    为什么jvm可以这样处理String对象呢？就是因为String的非可变性。既然所引用的对象一旦创建就永不更改，那么多个引用共用一个对象时互不影响。


二、串接（Concatenation）。
     java程序员应该都知道滥用String的串接操作符是会影响程序的性能的。性能问题从何而来呢？归根结底就是String类的非可变性。既然String对象都是非可变的，也就是对象一旦创建了就不能够改变其内在状态了，但是串接操作明显是要增长字符串的，也就是要改变String的内部状态，两者出现了矛盾。怎么办呢？要维护String的非可变性，只好在串接完成后新建一个String 对象来表示新产生的字符串了。也就是说，每一次执行串接操作都会导致新对象的产生，如果串接操作执行很频繁，就会导致大量对象的创建，性能问题也就随之而来了。
    为了解决这个问题，jdk为String类提供了一个可变的配套类，StringBuffer。使用StringBuffer对象，由于该类是可变的，串接时仅仅时改变了内部数据结构，而不会创建新的对象，因此性能上有很大的提高。针对单线程，jdk 5.0还提供了StringBuilder类，在单线程环境下，由于不用考虑同步问题，使用该类使性能得到进一步的提高。

三、String的长度
   我们可以使用串接操作符得到一个长度更长的字符串，那么，String对象最多能容纳多少字符呢？查看String的源代码我们可以得知类String中是使用域 count 来记录对象字符的数量，而count 的类型为 int，因此，我们可以推测最长的长度为 2^32，也就是4G。
    不过，我们在编写源代码的时候，如果使用 Sting str = "aaaa";的形式定义一个字符串，那么双引号里面的ASCII字符最多只能有 65534 个。为什么呢？因为在class文件的规范中， CONSTANT_Utf8_info表中使用一个16位的无符号整数来记录字符串的长度的，最多能表示 65536个字节，而java class 文件是使用一种变体UTF-8格式来存放字符的，null值使用两个字节来表示，因此只剩下 65536－ 2 ＝ 65534个字节。也正是变体UTF-8的原因，如果字符串中含有中文等非ASCII字符，那么双引号中字符的数量会更少（一个中文字符占用三个字节）。如果超出这个数量，在编译的时候编译器会报错。

评论
anders0913 2007-01-17
越是简单越是基础的东西，越能看出水平。
dwangel 2007-01-07
jianfeng008cn 写道


两种定义方式下,string的最大长度还不一致哦?


不是string得最大长度不一样，是直接在java 文件里声明，然后编译到class文件里的string受到字符处理得内部条件得限制而已。
Dustin 2007-01-06
引用
两种定义方式下,string的最大长度还不一致哦?


String的最大长度不存在不一致问题，理论上它最多能表示2^32个字符。只要是在源文件上定义，由于class文件规范的原因，长度都只能是65534。
jianfeng008cn 2007-01-06
引用
我们可以使用串接操作符得到一个长度更长的字符串，那么，String对象最多能容纳多少字符呢？查看String的源代码我们可以得知类String中是使用域 count 来记录对象字符的数量，而count 的类型为 int，因此，我们可以推测最长的长度为 2^32，也就是4G。
不过，我们在编写源代码的时候，如果使用 Sting str = "aaaa";的形式定义一个字符串，那么双引号里面的ASCII字符最多只能有 65534 个。为什么呢？因为在class文件的规范中， CONSTANT_Utf8_info表中使用一个16位的无符号整数来记录字符串的长度的，最多能表示 65536个字节，而java class 文件是使用一种变体UTF-8格式来存放字符的，null值使用两个字节来表示，因此只剩下 65536－ 2 ＝ 65534个字节。也正是变体UTF-8的原因，如果字符串中含有中文等非ASCII字符，那么双引号中字符的数量会更少（一个中文字符占用三个字节）。如果超出这个数量，在编译的时候编译器会报错。


两种定义方式下,string的最大长度还不一致哦?
zwhua 2007-01-06
受教了,不错!
kernel 2007-01-06
顶一个。。。
歆渊 2007-01-06
写得确实不错!

String在内存的长度也受它内部维护的 char[] 数组的最大元素个数影响, Java的数组下标只能是有符号的int, 所以理论的最大个数应该是 2^31

另外我见过很多人把Java String跟Java 传值 还是 传址 调用混淆起来考人, 有C++基础的初学者基本都会被搞蒙, 而实际上跟传值还是传址完全两码事. 如果能结合到这篇文章里一起写写的话, 真是一篇很好的精华文章.

考人的代码比如: 
 void func(String s)
 {
   s += "tail";
 }

 void test()
 {
   String a = "abc";
   func(a);
   System.out.println(a); // 问这里输出什么
 }
lighter 2007-01-05
看到楼主写的java String这一方面的内容,突然想到了以前看的一本书
也是写基础方面的,里面的内容个人感觉也不错:
<<java面向对象程序设计教程>>李发致写的,里面的第四章和第五章个人感觉说得比较好.....
Dustin 2007-01-05
to 刑天战士：当时看《深入java虚拟机》有所感触写的，搬家的时候把它贴过来了。刚刚过来，首次发帖，还不是清楚怎么运作，以后一定多多学习
to ahuaxuan: 谢谢提醒
ahuaxuan 2007-01-05
论坛上其实有不少类似的贴子，都是讲String类的，比如说：http://www.javaeye.com/post/190112
刑天战士 2007-01-05
String是非可变类的最大优势在于不用同步。

PS:写的不错啊（如果是原创的话），干嘛投新手贴阿
bigshell 2007-01-05
写得不错~
Dustin
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