【面试精讲】String是如何实现的？String源码分析
目录
一、String实现机制
二、String不可变性（使用final修饰）
三、String 和 StringBuilder、StringBuffer 的区别
四、==和equals的区别
五、String创建对象与JVM辨析
六、String源码解析
1、compareTo()
2、 equals()
总结
博主v：XiaoMing_Java
在Java中，String类是使用最频繁的类之一。由于其不可变性、效率以及如何影响内存使用等方面的特点，String类成为了Java编程语言的一个核心组成部分。本文深入探讨String的实现机制、它的源码结构、特点以及用final修饰的好处。
一、String实现机制
在Java中，String被设计为不可变（immutable）的对象。这意味着一旦String对象被创建，它所包含的字符序列就不能被修改。每次对字符串进行操作时（例如拼接、替换字符等），实际上都会创建一个新的String对象。
从JDK 1.0到JDK 8，String内部是通过一个char数组来实现的，保存着所有的字符数据。从JDK 9开始，String类的内部实现改为使用byte数组加上一个编码标记（coder），以更有效地处理不同的字符集，优化内存使用和性能。
public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {// 用于存储字符串的值private final char value[];// 缓存字符串的 hash codeprivate int hash; // Default to 0
}
自JDK 9起，为了提升空间效率和性能，String的内部表示发生了变化，使用byte数组加上一个编码标志字段coder来存储字符串，如下所示：
// JDK 9及以后的String内部结构
public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {// 实际存储字符串内容的byte数组private final byte[] value;// 字符串使用的编码标识（用于区分使用Latin-1还是UTF-16编码）private final byte coder;// 缓存字符串的哈希码private int hash; // 默认为0// 构造方法之一，用于从字符数组初始化字符串public String(char[] value) {// 这里简化了实际的实现细节this.value = StringLatin1.toBytes(value);this.coder = LATIN1;}// length() 方法实现public int length() {return value.length >> coder;}
}
二、String不可变性（使用final修饰）
String对象一旦被创建，其内容就不能被改变。任何对String的修改操作都会导致新的String对象的生成。这个特性带来了以下好处：
安全性：String常作为参数传递，其不可变性保证了数据不会被意外改变。防止子类改变父类(String)的行为，确保所有String实例都具有String定义的行为。
线程安全：在多线程环境下，String可以被自由共享而无需同步控制。
高效：因为String的内容不变，所以其哈希码可以被缓存，提高哈希表操作的效率。性能优化：
简化设计：由于不需要考虑子类的影响，使得String类的设计更简单、更稳定
三、String 和 StringBuilder、StringBuffer 的区别
String类重载了+运算符，使得字符串连接操作非常方便。然而，频繁的字符串连接操作会产生大量临时字符串对象，影响性能。为了解决这个问题，Java引入了StringBuilder和StringBuffer两个类，它们允许在单个字符序列上执行可变操作。
因为 String 类型是不可变的，所以在字符串拼接的时候如果使用 String 的话性能会很低，因此我们就需要使用另一个数据类型 StringBuffer，它提供了 append 和 insert 方法可用于字符串的拼接，它使用 synchronized 来保证线程安全。
在 JDK 1.5 有了 StringBuilder，它同样提供了 append 和 insert 的拼接方法，在非并发操作的环境下可使用 StringBuilder 来进行字符串拼接。
四、==和equals的区别
== 对于基本数据类型来说，是用于比较 “值”是否相等的；而对于引用类型来说，是用于比较引用地址是否相同的。
// Object 中的 equals() 方法其实就是 ==
public boolean equals(Object obj) {return (this == obj);
}// 而String重写equals()方法把它修改成比较两个字符串的值是否相等
public boolean equals(Object anObject) {// 对象引用相同直接返回 trueif (this == anObject) {return true;}// 判断需要对比的值是否为 String 类型，如果不是则直接返回 falseif (anObject instanceof String) {String anotherString = (String)anObject;int n = value.length;if (n == anotherString.value.length) {// 把两个字符串都转换为 char 数组对比char v1[] = value;char v2[] = anotherString.value;int i = 0;// 循环比对两个字符串的每一个字符while (n-- != 0) {// 如果其中有一个字符不相等就 true false，否则继续对比if (v1[i] != v2[i])return false;i++;}return true;}}return false;
}
五、String创建对象与JVM辨析
String 常见的创建方式有两种，new String() 的方式和直接赋值的方式
直接赋值的方式会先去字符串常量池中查找是否已经有此值，如果有则把引用地址直接指向此值，否则会先在常量池中创建，然后再把引用指向此值；
new String() 的方式一定会先在堆上创建一个字符串对象，然后再去常量池中查询此字符串的值是否已经存在，如果不存在会先在常量池中创建此字符串，然后把引用的值指向此字符串
JDK 1.7 之后把永生代换成的元空间，把字符串常量池从方法区移到了 Java 堆上。
六、String源码解析
1、compareTo()
public int compareTo(String anotherString) {int len1 = value.length;int len2 = anotherString.value.length;// 获取到两个字符串长度最短的那个 int 值int lim = Math.min(len1, len2);char v1[] = value;char v2[] = anotherString.value;int k = 0;// 对比每一个字符while (k < lim) {char c1 = v1[k];char c2 = v2[k];if (c1 != c2) {// 有字符不相等就返回差值return c1 - c2;}k++;}return len1 - len2;
}
2、 equals()
public boolean equals(Object anObject) {// 对象引用相同直接返回 trueif (this == anObject) {return true;}// 判断需要对比的值是否为 String 类型，如果不是则直接返回 falseif (anObject instanceof String) {String anotherString = (String)anObject;int n = value.length;if (n == anotherString.value.length) {// 把两个字符串都转换为 char 数组对比char v1[] = value;char v2[] = anotherString.value;int i = 0;// 循环比对两个字符串的每一个字符while (n-- != 0) {// 如果其中有一个字符不相等就 true false，否则继续对比if (v1[i] != v2[i])return false;i++;}return true;}}return false;
}
总结
String在Java中的地位极其重要，其设计精巧、使用广泛。通过不可变性设计，String提供了高度的安全性和线程安全，同时final修饰符进一步确保了其不变契约的稳定性。了解String的内部实现和特点对于写出高效、安全和易维护的Java代码至关重要。
Java开发者应当熟练掌握String的使用，并在合适的场景选择使用StringBuilder或StringBuffer以优化性能。此外，深入理解String的设计哲学也有助于开发者设计自己的不可变类，为构建稳定和高效的Java应用打下坚实的基础。
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博主v：XiaoMing_Java
📫作者简介：嗨，大家好，我是 小明（小明Java问道之路），互联网大厂后端研发专家，2022博客之星TOP3 / 博客专家 / CSDN后端内容合伙人、InfoQ(极客时间)签约作者、阿里云签约博主、全网 6 万粉丝博主。
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