【JAVA】String源码浅谈

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SunAlwaysOnline 2022-10-21 17:15:21 博主文章分类：JAVA ©著作权

文章标签 String源码字符串 string类字符数组 文章分类 运维

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String源码浅谈

String这个类可以说是我们使用得最为频繁的类之一了，前几次去面试，都被问到String的底层源码，回答得都不是很好，今天就来谈谈一下String的源码。

一、String类

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

String类被是被final修饰的，表明该类不可被继承，有关于关键词final的作用，请移步我的另外一篇文章【JAVA】关键词final的作用。值得一提的是，StringBuilder,StringBuffer类都是被final修饰的。

二、String类的属性

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

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

    /** use serialVersionUID from JDK 1.0.2 for interoperability */
    private static final long serialVersionUID = -6849794470754667710L;

（1）char value[]

String底层的存储结构是一个字符类型的数组，同样也是被final修饰，因此一旦这个字符数组被创建后，value变量不可再指向其他数组，但是可以改变value数组中某一个元素的值。

（2）int hash

hash用来保存某一个String实例自己的哈希值，可以说是哈希值的一个缓存，因此String特别适合放入HashMap中，作为key来使用。每次插入一个键值対时，不需要重新计算key的哈希值，直接取出key的缓存hash值即可，在一定程度上，加快了HashMap的效率。

（3）long serialVersionUID

用于保证版本一致性。由于String实现了Serializable接口，因此需要拥有一个序列化的ID。序列化时，将此ID与对象一并写入到文件中，反序列化时，检测该类中的ID与文件中的ID是否一致，一致的话，说明版本一致，序列化成功。

三、String类的构造函数

（1）无参构造函数，创建一个空字符串，即""，用得地方不多。

public String() {
        this.value = new char[0];
    }

（2）接收一个String实例的构造函数

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

（3）接收一个字符数组，利用Arrays.copyOf（）方法进行拷贝

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

进入到Arrays.copyOf（）方法中，发现调用的是System.arraycopy（）方法，Arrays.copyOf（）方法如下

public static char[] copyOf(char[] original, int newLength) {
        char[] copy = new char[newLength];
        System.arraycopy(original, 0, copy, 0,
                         Math.min(original.length, newLength));
        return copy;
    }

而System.arraycopy（）方法是一个本地方法，由其他语言实现。

从以上源码，可以看得出，这个构造方法没有直接使用传入的字符数组的引用，而是使用该数组的一个拷贝，保证了String类的不可变性。我们无法通过在外部改变此数组中某些元素的值，来改变构造后的String的值。

同样在toCharArray（）方法中，也是返回一个基于字符数组的拷贝，并没有直接直接返回value数组。

public char[] toCharArray() {
        // Cannot use Arrays.copyOf because of class initialization order issues
        char result[] = new char[value.length];
        System.arraycopy(value, 0, result, 0, value.length);
        return result;
    }

另外，有关于System.arraycopy（）、Arrays.copyOf（）之间的效率问题，可以参考我的另外一篇文章【JAVA】数组复制效率的比较

（4）接收一个字符数组，从offset位置开始复制，一共选取count位

public String(char value[], int offset, int count) {
        if (offset < 0) {
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(offset);
        }
        if (count < 0) {
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(count);
        }
        // Note: offset or count might be near -1>>>1.
        if (offset > value.length - count) {
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(offset + count);
        }
        this.value = Arrays.copyOfRange(value, offset, offset+count);
    }

其他的构造函数的原理大同小异，这里就不再说明了。

四、String类的其他方法

（1）equals（）方法

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;
    }

String类重写了equals（）方法，判断两个String实例代表的字符串是否相同。

判断规则：

如果两个Stirng实例压根就是一个对象，即它们的内存地址相同，则直接返回true。

之后，对anObject进行类型判断，类型为String后，继续判断，否则直接返回false。

再对两者的长度进行判断，如果相等，继续判断，否则返回false。

两者长度相等后，再从前往后依次比较两者字符数组中的元素是否相等，全相等的后，返回true。

equals（）方法一上来没有直接比较两个字符串的字符数组元素，在比较超长的字符串时，节省了大量的时间。

（2）compareTo（）方法

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;
    }

比较两个字符串，可以用来排序。String类中还有一个内部类CaseInsensitiveComparator，其中也有一个compare（）方法，与compareTo（）方不同的是，compare（）进行比较时，会忽略两个字符串的大小写。

（3）hashCode（）方法

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;
    }

String类同样也重写了hashCode（）方法，用于计算String实例的哈希值。

哈希值相同的两个字符串不一定相同，相同的字符串的哈希值一定相同。

至此，String类重写了equals（），也重写了hashCode（）方法。关于两个方法之间的关系，可以参考我的另外一篇文章【JAVA】为什么重写equals()，就必须要重写hashCode()?

（4）intern（）方法

public native String intern();

可以看得出，它是一个本地方法。

当调用此方法时，会首先在方法区中的常量池中使用equals（）寻找是否存在此字符串，如果存在，直接返回此字符串的引用。如果不存在时，会首先将此字符串添加到常量池中，再返回该字符串的引用。

下面通过一个例子来说明

package day1203;

//String类的源码
public class StringTest {
    public static void main(String[] args) {
        String a = "abc";//这个abc在常量池中创建
        String b = new String("abc");//这个abc在堆上创建
        String c = b.intern();//在常量池中寻找是否存在abc，若存在的话，直接返回它的引用。
        System.out.println(a == b);//返回false
        System.out.println(a == c);//返回true
    }
}