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String源码浅谈

String对于我们都很熟悉，平时用的也不少，但是小伙伴们对于String的源码究竟了解多少？如果你真的了解String的源码，会避免很多坑，那我们开始吧。

String类

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

从String类的定义中，我们可以认识到

String类被final修饰，表示该类不能被别的类继承。
String类实现了java.io.Serializable接口，表示String类可以序列化。

Serializable是一个空接口，它的实现类无需重写任何方法，只要实现了该接口，即相当于开启可序列化操作标识。
String类实现了Comparable<String>，字符串可以比较大小。

String类通过重写Comparable接口的compareTo(T o)方法，实现字符串比较的逻辑。
String类实现了 CharSequence接口，表示是一个字符的序列，因为String的本质是一个char类型数组。

java.lang.CharSequence接口是一个可读的字符序列。此接口为不同类型的字符序列提供了一种统一且只读的访问方式。在接口中定义的方法包括charAt(int index)、length()、toString()等方法。

字段属性

/** The value is used for character storage.*/
@Stable
private final byte[] 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;

byte[] value 数组是String类底层的数据结构，即String类是存储在value数组里面。

需要注意的是该数组被final修饰，对于final修饰的数组，我们可以修改该数组的对象的值，但是不能改变指向的对象即不能指向别的数组。

测试代码

public class ArrayTest {
    public static void main(String[] args) {
        final char[] chars = new char[]{'J','a','v','a'};
        System.out.println(String.valueOf(chars));
        chars[0] = 'j';
        System.out.println(String.valueOf(chars));
        //chars = new char[]{'G','o'};
    }
}

结果

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2

Java
java

需要注意，在测试代码里面，即代码第七行，指向别的数组对象，编译直接报错。

int hash用来保存某一个String实例的哈希值，可以说是哈希值的一个缓存。

例如，当String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。
long serialVersionUID 用于保证版本一致性。

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。

需要注意，当实现Serializable接口，如果不声明long serialVersionUID的值，也可以进行序列化和反序列化。因为Java会帮助我们自动生成一个long serialVersionUID的值。

但是需要注意的是，如果我们修改实现Serializable接口的类时，Java自动生成的long serialVersionUID的值也会发生改变。如果我们需要保证程序向前兼容，此时会报错，因为该值发生了改变。即我们本地序列化的serialVersionUID的值和我们类里的serialVersionUID的值不一致，无法序列化，报错。如果我们自己声明该值，并且保证该值不变，相同情况下，可以顺利序列化，保证程序的向前兼容性。

想要深入了解，可以参考文献的第一篇文章。

构造方法

无参构造方法

创建空的字符串，因为String是不可变的，所以该构造方法使用较少。

/**
     * Initializes a newly created {@code String} object so that it represents
     * an empty character sequence.  Note that use of this constructor is
     * unnecessary since Strings are immutable.
     */
    public String() {
        this.value = "".value;
        this.coder = "".coder;
    }

接收String类型参数的构造函数

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

接收char[] 数组类型参数的构造函数

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

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;
}

根据代码块我们可以发现构造函数调用了Array的copyof方法，而copyof方法基于System.arraycopy方法。System.arraycopy方法是native方法，由JVM调用非Java方法实现。

通过解码指定字节数组，生成字符串。

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);
}

常用方法

字符串本身的属性

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

String底层实现方式是value数组，即数组的长度。

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public boolean isEmpty() {
        return value.length == 0;
}

String底层实现方式是value数组，字符串为空，即数组的长度为零。

字符串之间的比较

 public boolean equals(Object anObject) {
 		//同一个对象，直接返回
        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重写了Object类的equals方法，如果是同一个对象直接返回。否则逐一比较两个字符串的每个char元素。

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;
}

String实现了Comparable接口的compareTo方法，从起始位置开始，比较char元素的大小。

字符串处理

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);
}

String的substring方法用于截断字符串，返回字符串的一部分。我们可以发现返回的是一个新的字符串，而不是在之前的字符串上面修改，因为之前的字符串是不可变的。

public String concat(String str) {
        int otherLen = str.length();
        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);
}

String的concat方法用于拼接字符串，将str拼接到现有的字符串上，返回拼接好的字符串。

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

            while (++i < len) {
                if (val[i] == oldChar) {
                    break;
                }
            }
            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;
}

String的replace方法用于将字符串的oldChar替换成newChar，返回新的字符串。

public String[] split(String regex, int limit) {
        /* fastpath if the regex is a
         (1)one-char String and this character is not one of the
            RegEx's meta characters ".$|()[{^?*+\\", or
         (2)two-char String and the first char is the backslash and
            the second is not the ascii digit or ascii letter.
         */
        char ch = 0;
        if (((regex.value.length == 1 &&
             ".$|()[{^?*+\\".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<>();
            while ((next = indexOf(ch, off)) != -1) {
                if (!limited || list.size() < limit - 1) {
                    list.add(substring(off, next));
                    off = next + 1;
                } else {    // last one
                    //assert (list.size() == limit - 1);
                    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);
}

String的split方法用于使用字符串的regex分割字符串，返回新的字符串数组。源码解析可以查看参考文献2。

参考文献

本文标题：String源码浅谈
本文作者：Yu Meng
本文链接：http://yoursite.com/2020/04/02/String源码浅谈/
发布时间：2020-04-02
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String, 源码