Java源码之String

本文出自：http://blog.csdn.net/dt235201314/article/details/78330377

一丶概述

还记得那会的“Hello World”，第一个程序，输出的String，下面介绍String源码，颇有计算机二级考试习题的感觉。

二丶源码及案例

1.String是final类型的

在Java中，被 final 类型修饰的类不允许被其他类继承，被final修饰的变量赋值后不允许被修改。

什么是不可变类？

所谓不可变类，就是创建该类的实例后，该实例的属性是不可改变的，java提供的包装类和java.lang.String类都是不可变类。当创建它们的实例后，其实例的属性是不可改变的。
需要注意的是，对于如下代码

String s="abc";
s="def";

你可能会感到疑惑，不是说String是不可变类吗，这怎么可以改变呢，平常我也是这样用的啊。请注意，s是字符串对象的”abc”引用，即引用是可以变化的，跟对象实例的属性变化没有什么关系，这点请注意区分。

2.String类实现了Serializable, Comparable, CharSequence接口。

Comparable接口有compareTo(String s)方法，CharSequence接口有length()，charAt(int index)，subSequence(int start,int end)方法，后面详解

3.成员变量

//用于存储字符串
private final char value[];

//缓存String的hash值
private int hash; // Default to 0

String类中包含一个不可变的char数组用来存放字符串，一个int型的变量hash用来存放计算后的哈希值。

4.构造函数

//不含参数的构造函数，一般没什么用，因为value是不可变量
public String() {
    this.value = new char[0];
}

//参数为String类型
public String(String original) {
    this.value = original.value;
    this.hash = original.hash;
}

//参数为char数组，使用java.utils包中的Arrays类复制
public String(char value[]) {
    this.value = Arrays.copyOf(value, value.length);
}

//从bytes数组中的offset位置开始，将长度为length的字节，以charsetName格式编码，拷贝到value
public String(byte bytes[], int offset, int length, String charsetName)
        throws UnsupportedEncodingException {
    if (charsetName == null)
        throw new NullPointerException("charsetName");
    checkBounds(bytes, offset, length);
    this.value = StringCoding.decode(charsetName, bytes, offset, length);
}

//调用public String(byte bytes[], int offset, int length, String charsetName)构造函数
public String(byte bytes[], String charsetName)
        throws UnsupportedEncodingException {
    this(bytes, 0, bytes.length, charsetName);
}

//StringBuffer 和 StringBuider 也可以被当做构造 String 的参数。
//这两个构造方法是很少用到的，因为当我们有了 StringBuffer 或者 StringBuilfer 对象之后可以直接使用他们的 toString 方法来得到 String。
public String(StringBuffer buffer) {

    synchronized(buffer) {

    this.value = Arrays.copyOf(buffer.getValue(), buffer.length());

    }

}


public String(StringBuilder builder) {
     this.value = Arrays.copyOf(builder.getValue(), builder.length());

}

相关问题：

String两种不同的赋值方式

String str = new String("abc");
String str = "abc";

为什么String可以不用new就可以创建对象？这两种赋值方式有什么不同？

例：

public class Test {

    public static void main(String[] args) {

    String   a   =   "ok";   // 新建了一个String对象
    String   b   =   "ok";   // 从缓冲池找
    String   c   =   new   String("ok");   // 新建一个String对象
    String   d   =   new   String("ok");   // 不从缓冲池找，新建一个

    System.out.println(a==b);//将输出"true";因为两个变量指向同一个对象。
    System.out.println(c==d);//将输出"flase";因为两个变量不指向同一个对象。虽然值相同，只有用c.equals(d)才能返回true.

        String e = "a"+"b"+1;
        String f = "ab1";
        System.out.println(e == f);//将输出"true"；因为编译器识别 “e = "a"+"b"+1”等同于“e = "ab1"”

        String g = new String("ab1");
        String h = "ab1";
        System.out.println(g == h);////将输出"flase";因为两个变量不指向同一个对象
    }

}

5.常用方法

boolean equals(Object anObject)

boolean equals(Object anObject)

public boolean equals(Object anObject) {
    //如果引用的是同一个对象，返回真
    if (this == anObject) {
        return true;
    }
    //如果不是String类型的数据，返回假
    if (anObject instanceof String) {
        String anotherString = (String) anObject;
        int n = value.length;
        //如果char数组长度不相等，返回假
        if (n == anotherString.value.length) {
            char v1[] = value;
            char v2[] = anotherString.value;
            int i = 0;
            //从后往前单个字符判断，如果有不相等，返回假
            while (n-- != 0) {
                if (v1[i] != v2[i])
                        return false;
                i++;
            }
            //每个字符都相等，返回真
            return true;
        }
    }
    return false;
}

equals方法经常用得到，它用来判断两个对象从实际意义上是否相等，String对象判断规则：
1. 内存地址相同，则为真。
2. 如果对象类型不是String类型，则为假。否则继续判断。
3. 如果对象长度不相等，则为假。否则继续判断。
4. 从后往前，判断String类中char数组value的单个字符是否相等，有不相等则为假。如果一直相等直到第一个数，则返回真。

int compareTo(String anotherString)

public int compareTo(String anotherString) {
    //自身对象字符串长度len1
    int len1 = value.length;
    //被比较对象字符串长度len2
    int len2 = anotherString.value.length;
    //取两个字符串长度的最小值lim
    int lim = Math.min(len1, len2);
    char v1[] = value;
    char v2[] = anotherString.value;

    int k = 0;
    //从value的第一个字符开始到最小长度lim处为止，如果字符不相等，返回自身（对象不相等处字符-被比较对象不相等字符）
    while (k < lim) {
        char c1 = v1[k];
        char c2 = v2[k];
        if (c1 != c2) {
            return c1 - c2;
        }
        k++;
    }
    //如果前面都相等，则返回（自身长度-被比较对象长度）
    return len1 - len2;
}

理解：

java中的compareto方法，返回参与比较的前后两个字符串的asc码的差值，看下面一组代码
String a="a",b="b";
System.out.println(a.compareto.b);
则输出-1；
若a="a",b="a"则输出0；
若a="b",b="a"则输出1；
 
单个字符这样比较，若字符串比较长呢？？
若a="ab",b="b",则输出-1；
若a="abcdef",b="b"则输出-1；
也就是说，如果两个字符串首字母不同，则该方法返回首字母的asc码的差值；
 
如果首字母相同呢？？
若a="ab",b="a",输出1；
若a="abcdef",b="a"输出5；
若a="abcdef",b="abc"输出3；
若a="abcdef",b="ace"输出-1；
即参与比较的两个字符串如果首字符相同，则比较下一个字符，直到有不同的为止，返回该不同的字符的asc码差值，如果两个字符串不一样长，可以参与比较的字符又完全一样，则返回两个字符串的长度差值

int hashCode()

int hashCode()

public int hashCode() {
    int h = hash;
    //如果hash没有被计算过，并且字符串不为空，则进行hashCode计算
    if (h == 0 && value.length > 0) {
        char val[] = value;

        //计算过程
        //s[0]*31^(n-1) + s[1]*31^(n-2) + ... + s[n-1]
        for (int i = 0; i < value.length; i++) {
            h = 31 * h + val[i];
        }
        //hash赋值
        hash = h;
    }
    return h;
}

String类重写了hashCode方法，Object中的hashCode方法是一个Native调用。String类的hash采用多项式计算得来，我们完全可以通过不相同的字符串得出同样的hash，所以两个String对象的hashCode相同，并不代表两个String是一样的。

boolean startsWith(String prefix,int toffset)

boolean startsWith(String prefix,int toffset)

public boolean startsWith(String prefix, int toffset) {
    char ta[] = value;
    int to = toffset;
    char pa[] = prefix.value;
    int po = 0;
    int pc = prefix.value.length;
    // Note: toffset might be near -1>>>1.
    //如果起始地址小于0或者（起始地址+所比较对象长度）大于自身对象长度，返回假
    if ((toffset < 0) || (toffset > value.length - pc)) {
        return false;
    }
    //从所比较对象的末尾开始比较
    while (--pc >= 0) {
        if (ta[to++] != pa[po++]) {
            return false;
        }
    }
    return true;
}

public boolean startsWith(String prefix) {
    return startsWith(prefix, 0);
}

public boolean endsWith(String suffix) {
    return startsWith(suffix, value.length - suffix.value.length);
}

起始比较和末尾比较都是比较经常用得到的方法，例如在判断一个字符串是不是http协议的，或者初步判断一个文件是不是mp3文件，都可以采用这个方法进行比较

String concat(String str)

public String concat(String str) {
    int otherLen = str.length();
    //如果被添加的字符串为空，返回对象本身
    if (otherLen == 0) {
        return this;
    }
    int len = value.length;
    char buf[] = Arrays.copyOf(value, len + otherLen);
    str.getChars(buf, len);
    return new String(buf, true);
}

concat方法也是经常用的方法之一，它先判断被添加字符串是否为空来决定要不要创建新的对象。

String replace(char oldChar,char newChar)

public String replace(char oldChar, char newChar) {
    //新旧值先对比
    if (oldChar != newChar) {
        int len = value.length;
        int i = -1;
        char[] val = value; /* avoid getfield opcode */

        //找到旧值最开始出现的位置
        while (++i < len) {
            if (val[i] == oldChar) {
                break;
            }
        }
        //从那个位置开始，直到末尾，用新值代替出现的旧值
        if (i < len) {
            char buf[] = new char[len];
            for (int j = 0; j < i; j++) {
                buf[j] = val[j];
            }
            while (i < len) {
                char c = val[i];
                buf[i] = (c == oldChar) ? newChar : c;
                i++;
            }
            return new String(buf, true);
        }
    }
    return this;
}

这个方法也有讨巧的地方，例如最开始先找出旧值出现的位置，这样节省了一部分对比的时间。replace(String oldStr,String newStr)方法通过正则表达式来判断。

String trim()

public String trim() {
    int len = value.length;
    int st = 0;
    char[] val = value;    /* avoid getfield opcode */

    //找到字符串前段没有空格的位置
    while ((st < len) && (val[st] <= ' ')) {
        st++;
    }
    //找到字符串末尾没有空格的位置
    while ((st < len) && (val[len - 1] <= ' ')) {
        len--;
    }
    //如果前后都没有出现空格，返回字符串本身，左右有空格则去掉空格
    return ((st > 0) || (len < value.length)) ? substring(st, len) : this;
}

ASCII值比较，“”为32，字母都大于64，可参考ASCII值表

String substring()

// 截取字符串
 public String substring(int beginIndex) {
     if (beginIndex < 0) { // 如果起始下标<0
         throw new StringIndexOutOfBoundsException(beginIndex);
     }
     int subLen = value.length - beginIndex; // 获取截取长度
     if (subLen < 0) { // 如果截取长度<0
         throw new StringIndexOutOfBoundsException(subLen);
     }
     return (beginIndex == 0) ? this : new String(value, beginIndex, subLen);
 }

// 截取字符串
 public String substring(int beginIndex, int endIndex) {
     if (beginIndex < 0) { // 如果起始下标<0
         throw new StringIndexOutOfBoundsException(beginIndex);
     }
     if (endIndex > value.length) { // 如果末尾下标>字符数组长度
         throw new StringIndexOutOfBoundsException(endIndex);
     }
     int subLen = endIndex - beginIndex; // 获取截取长度
     if (subLen < 0) { // 如果截取长度<0
         throw new StringIndexOutOfBoundsException(subLen);
     }
     return ((beginIndex == 0) && (endIndex == value.length)) ? this
             : new String(value, beginIndex, subLen);
 }

如：

"hamburger".substring(4) returns "urger"
"hamburger".substring(4, 8) returns "urge"
 "smiles".substring(1, 5) returns "mile"

indexOf():

//该字符跟数组中的每个字符从左往右比较
//lastIndexOf一样只不过是从右往左比较
public int indexOf(int ch, int fromIndex) {
        final int max = value.length;
        if (fromIndex < 0) {
            fromIndex = 0;
        } else if (fromIndex >= max) {
            // Note: fromIndex might be near -1>>>1.
            return -1;
        }

        if (ch < Character.MIN_SUPPLEMENTARY_CODE_POINT) {
            // handle most cases here (ch is a BMP code point or a
            // negative value (invalid code point))
            final char[] value = this.value;
            for (int i = fromIndex; i < max; i++) {
                if (value[i] == ch) {
                    return i;
                }
            }
            return -1;
        } else {
            return indexOfSupplementary(ch, fromIndex);
        }
}
//indexOf最终是调用下面的第二个static方法来进行求解的
//求解步骤大概是：
//首先搜索到第一个字符所在的位置，之后逐个比较;
//这里并没有使用kmp算法因此是一个可以优化的地方
public int indexOf(String str, int fromIndex) {
        return indexOf(value, 0, value.length,
                str.value, 0, str.value.length, fromIndex);
}
static int indexOf(char[] source, int sourceOffset, int sourceCount,
            char[] target, int targetOffset, int targetCount,
            int fromIndex) {
        if (fromIndex >= sourceCount) {
            return (targetCount == 0 ? sourceCount : -1);
        }
        if (fromIndex < 0) {
            fromIndex = 0;
        }
        if (targetCount == 0) {
            return fromIndex;
        }

        char first = target[targetOffset];
        int max = sourceOffset + (sourceCount - targetCount);

        for (int i = sourceOffset + fromIndex; i <= max; i++) {
            /* Look for first character. */
            if (source[i] != first) {
                while (++i <= max && source[i] != first);
            }

            /* Found first character, now look at the rest of v2 */
            if (i <= max) {
                int j = i + 1;
                int end = j + targetCount - 1;
                for (int k = targetOffset + 1; j < end && source[j]
                        == target[k]; j++, k++);

                if (j == end) {
                    /* Found whole string. */
                    return i - sourceOffset;
                }
            }
        }
        return -1;
}

split

public String[] split(String regex, int limit) {

        char ch = 0;
//1. 如果regex只有一位，且不为列出的特殊字符；
//2.如regex有两位，第一位为转义字符且第二位不是数字或字母，“|”表示或，即只要ch小于0或者大于9任一成立，小于a或者大于z任一成立，小于A或大于Z任一成立
//3.第三个是和编码有关，就是不属于utf-16之间的字符
        if (((regex.value.length == 1 &&
             ".$|()[{^?*+\".indexOf(ch = regex.charAt(0)) == -1) ||
             (regex.length() == 2 &&
              regex.charAt(0) == '\' &&
              (((ch = regex.charAt(1))-'0')|('9'-ch)) < 0 &&
              ((ch-'a')|('z'-ch)) < 0 &&
              ((ch-'A')|('Z'-ch)) < 0)) &&
            (ch < Character.MIN_HIGH_SURROGATE ||
             ch > Character.MAX_LOW_SURROGATE))
        {
            int off = 0;
            int next = 0;
            boolean limited = limit > 0;
            ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
//如果这个字符串中包含了用于分割的ch，则进行下一步操作
            while ((next = indexOf(ch, off)) != -1) {
                if (!limited || list.size() < limit - 1) {
                    list.add(substring(off, next));
                    off = next + 1;
                } else {

                    list.add(substring(off, value.length));
                    off = value.length;
                    break;
                }
            }
            // If no match was found, return this
            if (off == 0)
                return new String[]{this};

            // Add remaining segment
            if (!limited || list.size() < limit)
                list.add(substring(off, value.length));

            // Construct result
            int resultSize = list.size();
            if (limit == 0)
                while (resultSize > 0 && list.get(resultSize - 1).length() == 0)
                    resultSize--;
            String[] result = new String[resultSize];
            return list.subList(0, resultSize).toArray(result);
        }
        return Pattern.compile(regex).split(this, limit);
    }

详解见：

String.split()方法你可能不知道的一面

String intern()

public native String intern();

intern方法是Native调用，它的作用是在方法区中的常量池里通过equals方法寻找等值的对象，如果没有找到则在常量池中开辟一片空间存放字符串并返回该对应String的引用，否则直接返回常量池中已存在String对象的引用

例：

String a = new String("ab1");
String b = new String("ab1").intern();

a == b就为true

 

int hash32()

int hash32()

private transient int hash32 = 0;
int hash32() {
    int h = hash32;
    if (0 == h) {
       // harmless data race on hash32 here.
       h = sun.misc.Hashing.murmur3_32(HASHING_SEED, value, 0, value.length);

       // ensure result is not zero to avoid recalcing
       h = (0 != h) ? h : 1;

       hash32 = h;
    }

    return h;
}

在JDK1.7中，Hash相关集合类在String类作key的情况下，不再使用hashCode方式离散数据，而是采用hash32方法。这个方法默认使用系统当前时间，String类地址，System类地址等作为因子计算得到hash种子，通过hash种子在经过hash得到32位的int型数值。

其他方法：

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

三丶参考文章
String 源码解析，深入认识String