Java 重新认识String类

在Java中，以下代码的输出是什么？为什么？

String s1 = "Hello";
String s2 = "Hello";
String s3 = new String("Hello");

System.out.println(s1 == s2); // 输出：true
System.out.println(s1 == s3); // 输出：false

解析String类

在Java中，String类是一个非常特殊且重要的类，用于表示字符串类型的数据。String类的设计和实现有许多独特之处，使其在Java编程中占据了核心地位。

1. 不可变性

String类的一个关键特性是不可变性（immutability）。这意味着一旦一个String对象被创建，它的值就不能被修改。这种设计有以下几个优点：

• 线程安全：不可变对象在多线程环境下是线程安全的，因为它们的状态不会被改变。
• 缓存哈希值：由于字符串的值不可变，String类可以缓存其哈希值，从而提高哈希表的性能。
• 字符串池：不可变性使得Java可以在字符串池中重用字符串对象，从而节省内存。

2. 字符串池（String Pool）

Java中的字符串池是一个特殊的内存区域，用于存储字符串常量。当使用双引号创建字符串时，Java会首先检查字符串池中是否已经存在相同内容的字符串。如果存在，则返回池中的字符串对象；否则，创建一个新的字符串对象并放入池中。

String s1 = "Hello"; // 字符串池中创建一个"Hello"对象
String s2 = "Hello"; // 直接引用字符串池中的"Hello"对象

3. 构造方法

String类提供了多种构造方法，用于从不同的数据源创建字符串对象。例如，从字符数组、字节数组、另一个字符串等。

String s3 = new String("Hello"); // 在堆内存中创建一个新的String对象

源码解析

1. 不可变性的实现

String类的不可变性是通过其内部实现来保证的。在源码中，String类被定义为final，这意味着它不能被继承，从而防止子类对其进行修改。此外，String类的内部字符数组value也被声明为final，确保其值在初始化后不可更改。

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    private final char value[];
    // 其他成员变量和方法
}

2. 构造方法

String类提供了多种构造方法，用于从不同的数据源创建字符串对象。例如，从字符数组、字节数组、另一个字符串等。

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

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

3. 常用方法解析

length()

length()方法返回字符串的长度，即内部字符数组的长度。

public int length() {
    return value.length;
}

charAt(int index)

charAt(int index)方法返回指定索引位置的字符。

public char charAt(int index) {
    if ((index < 0) || (index >= value.length)) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(index);
    }
    return value[index];
}

substring(int beginIndex, int endIndex)

substring(int beginIndex, int endIndex)方法返回从beginIndex到endIndex-1的子字符串。

public String substring(int beginIndex, int endIndex) {
    if (beginIndex < 0) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(beginIndex);
    }
    if (endIndex > value.length) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(endIndex);
    }
    int subLen = endIndex - beginIndex;
    if (subLen < 0) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(subLen);
    }
    return ((beginIndex == 0) && (endIndex == value.length)) ? this
            : new String(value, beginIndex, subLen);
}

总结

通过深入解析String类的源码，我们可以更好地理解其设计理念和实现细节。String类的不可变性、丰富的构造方法和常用方法，以及字符串池和性能优化策略，都是我们在使用和优化Java程序时需要考虑的重要因素。掌握这些知识，有助于我们编写更加高效和健壮的Java代码。