# 03 Java String

## 概览

**String 被声明为 final，因此它不可被继承（Integer 等包装类也不能被继承）**。

在 Java 8 中，String 内部使用 char 数组存储数据。

```java
public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    /** The value is used for character storage. */
    private final char value[];
}
```

在 Java 9 之后，String 类的实现改用 byte 数组存储字符串，同时使用 `coder` 来标识使用了哪种编码。

```java
public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    /** The value is used for character storage. */
    private final byte[] value;

    /** The identifier of the encoding used to encode the bytes in {@code value}. */
    private final byte coder;
}
```

value 数组被声明为 final，这意味着 value 数组初始化之后就不能再引用其它数组。并且 String 内部没有改变 value 数组的方法，因此可以保证 **String 不可变**。

## 不可变的好处

**1. 可以缓存 hash 值**

因为 String 的 hash 值经常被使用，例如 String 用做 HashMap 的 key。不可变的特性可以使得 hash 值也不可变，因此只需要进行一次计算。

**2. String Pool 的需要**

如果一个 String 对象已经被创建过了，那么就会从 String Pool 中取得引用。只有 String 是不可变的，才可能使用 String Pool。

**3. 安全性**

String 经常作为参数，String 不可变性可以保证参数不可变。例如在作为网络连接参数的情况下如果 String 是可变的，那么在网络连接过程中，String 被改变，改变 String 对象的那一方以为现在连接的是其它主机，而实际情况却不一定是。

**4. 线程安全**

String 不可变性天生具备线程安全，可以在多个线程中安全地使用。

## String, StringBuffer and StringBuilder

**1. 可变性**

* String 不可变
* StringBuffer 和 StringBuilder 可变

**2. 线程安全**

* String 不可变，因此是线程安全的
* StringBuilder 不是线程安全的
* StringBuffer 是线程安全的，内部使用 `synchronized` 进行同步

## String Pool

字符串常量池（String Pool）保存着所有字符串字面量（literal strings），这些字面量在编译时期就确定。不仅如此，还可以使用 String 的 `intern()` 方法在运行过程中将字符串添加到 String Pool 中。

当一个字符串调用 `intern()` 方法时，如果 String Pool 中已经存在一个字符串和该字符串值相等（使用 `equals()` 方法进行确定），那么就会返回 String Pool 中字符串的引用；否则，就会在 String Pool 中添加一个新的字符串，并返回这个新字符串的引用。

![String Pool](https://3391885248-files.gitbook.io/~/files/v0/b/gitbook-x-prod.appspot.com/o/spaces%2F-M3u58XVueZWq507CWAj%2Fuploads%2Fgit-blob-457f9860d7e668c6f507c7669e08ba3c9abd5ce2%2Fstring-pool.png?alt=media)

下面示例中，s1 和 s2 采用 `new String()` 的方式新建了两个不同字符串，而 s3 和 s4 是通过 `s1.intern()` 方法取得一个字符串引用。`intern()` 首先把 s1 引用的字符串放到 String Pool 中，然后返回这个字符串引用。因此 s3 和 s4 引用的是同一个字符串。

```java
String s1 = new String("aaa");
String s2 = new String("aaa");
System.out.println(s1 == s2); // false
String s3 = s1.intern();
String s4 = s1.intern();
System.out.println(s3 == s4); // true
```

如果是采用 "bbb" 这种字面量的形式创建字符串，会自动地将字符串放入 String Pool 中。

```java
String s5 = "bbb";
String s6 = "bbb";
System.out.println(s5 == s6); // true
```

在 Java 7 之前，String Pool 被放在运行时常量池中，它属于永久代。而在 Java 7，String Pool 被移到堆中。这是因为永久代的空间有限，在大量使用字符串的场景下会导致 OutOfMemoryError 错误。

## new String("abc")

使用这种方式一共会创建两个字符串对象（前提是 String Pool 中还没有 "abc" 字符串对象）。

* "abc" 属于字符串字面量，因此编译时期会在 String Pool 中创建一个字符串对象，指向这个 "abc" 字符串字面量；
* 而使用 new 的方式会在堆中创建一个字符串对象。

创建一个测试类，其 main 方法中使用这种方式来创建字符串对象。

```java
public class NewStringTest {
    public static void main(String[] args) {
        String s = new String("abc");
    }
}
```

使用 javap -verbose 进行反编译，得到以下内容：

```java
// ...
Constant pool:
// ...
   #2 = Class              #18            // java/lang/String
   #3 = String             #19            // abc
// ...
  #18 = Utf8               java/lang/String
  #19 = Utf8               abc
// ...

  public static void main(java.lang.String[]);
    descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=3, locals=2, args_size=1
         0: new           #2                  // class java/lang/String
         3: dup
         4: ldc           #3                  // String abc
         6: invokespecial #4                  // Method java/lang/String."<init>":(Ljava/lang/String;)V
         9: astore_1
// ...
```

在 Constant Pool 中，#19 存储这字符串字面量 "abc"，#3 是 String Pool 的字符串对象，它指向 #19 这个字符串字面量。在 main 方法中，0: 行使用 new #2 在堆中创建一个字符串对象，并且使用 ldc #3 将 String Pool 中的字符串对象作为 String 构造函数的参数。

以下是 String 构造函数的源码，可以看到，在将一个字符串对象作为另一个字符串对象的构造函数参数时，并不会完全复制 value 数组内容，而是都会指向同一个 value 数组。

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