几乎所有的 Java 面试都是以 String 开始的，如果第一个问题没有回答好，则会给面试官留下非常不好的第一印象，而糟糕的第一印象则会直接影响到自己的面试结果，就好像刚破壳的小鹅一样，会把第一眼看到的动物当成自己的母亲，即使它第一眼看到的是一只小狗或小猫，也会默认跟随其后，心理学把这种现象叫做印刻效应。印刻效应不仅存在于低等动物之中，同样也适用于人类，所以对于 String 的知识，我们必须深入的掌握才能为自己赢得更多的筹码。
现在咱们探讨一个学习问题是：String 是如何实现的？它有哪些重要的方法？
典型回答
以主流的 JDK 版本 1.8 来说，String 内部实际存储结构为 char 数组，源码如下：
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 code
private int hash; // Default to 0
// ......其他内容
}
# String的特点及其重要方法
String的特点
String在Java中是一个非常重要的类，用于表示和操作字符串序列。以下是String的一些主要特点：
-
不可变性：String对象是不可变的，一旦创建，其值就不能被改变。这种不可变性带来了许多优势，比如线程安全、缓存字符串字面量等。
-
字符串常量池：对于字符串字面量，JVM会将其存储在字符串常量池中，以便重用。这样可以减少字符串对象的创建，提高内存使用效率。
-
final类：String类被声明为final，这意味着它不能被继承。这确保了String类的行为不会被意外地修改。
-
实现了多个接口：String类实现了Serializable、Comparable和CharSequence接口，因此它支持序列化、比较和作为字符序列进行操作。
String的重要方法
构造方法
String类提供了多种构造方法，用于创建String对象，包括但不限于：
- 使用字符串字面量或另一个String对象作为参数。
- 使用字符数组（char[]）作为参数。
- 使用StringBuffer或StringBuilder对象作为参数。
equals()方法
equals()方法用于比较两个字符串的内容是否相等。该方法首先检查两个对象是否是同一个对象的引用，如果是则返回true；否则，它会将参数对象转换为String类型（如果可能），并逐个比较两个字符串中的字符。如果所有字符都相等，则返回true，否则返回false。
其他重要方法
除了equals()方法外，String类还提供了许多其他重要的方法，包括但不限于：
length()：返回字符串的长度（字符数）。charAt(int index)：返回指定索引处的字符。substring(int beginIndex, int endIndex)：返回一个新的字符串，它是此字符串的一个子字符串。子字符串从指定的beginIndex开始，直到索引endIndex - 1的字符。indexOf(int ch)和indexOf(String str)：返回指定字符或子字符串在此字符串中第一次出现处的索引。如果未找到该字符或子字符串，则返回-1。lastIndexOf(int ch)和lastIndexOf(String str)：返回指定字符或子字符串在此字符串中最后一次出现处的索引。如果未找到该字符或子字符串，则返回-1。replace(char oldChar, char newChar)和replace(CharSequence target, CharSequence replacement)：返回一个新的字符串，它是通过用newChar或replacement替换此字符串中出现的所有oldChar或target而得到的。trim()：返回字符串的副本，其中的前导和尾随空格被删除。toUpperCase()和toLowerCase()：返回字符串的大写或小写副本。startsWith(String prefix)和endsWith(String suffix)：检查此字符串是否以指定的前缀或后缀开始或结束。
注意事项
- 由于String的不可变性，对String的任何修改操作（如拼接、替换等）都会创建新的String对象。因此，在频繁进行字符串操作时，使用StringBuilder或StringBuffer（线程安全）可以提高性能。
- 当比较两个字符串是否相等时，应该使用
equals()方法而不是==运算符。因为==运算符比较的是对象的引用是否相等，而不是内容是否相等。
String 源码中包含下面几个重要的方法示例如下。
1. 多构造方法
String 字符串有以下 4 个重要的构造方法：
// String 为参数的构造方法
public String(String original) {
this.value = original.value;
this.hash = original.hash;
}
// char[] 为参数构造方法
public String(char value[]) {
this.value = Arrays.copyOf(value, value.length);
}
// StringBuffer 为参数的构造方法
public String(StringBuffer buffer) {
synchronized(buffer) {
this.value = Arrays.copyOf(buffer.getValue(), buffer.length());
}
}
// StringBuilder 为参数的构造方法
public String(StringBuilder builder) {
this.value = Arrays.copyOf(builder.getValue(), builder.length());
}
其中，比较容易被我们忽略的是以 StringBuffer 和 StringBuilder 为参数的构造函数，因为这三种数据类型，我们通常都是单独使用的，所以这个小细节我们需要特别留意一下。
2. equals() 比较两个字符串是否相等
源码如下：
public boolean equals(Object anObject) {
// 对象引用相同直接返回 true
if (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 false
if (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;
}
String 类型重写了 Object 中的 equals() 方法，equals() 方法需要传递一个 Object 类型的参数值，在比较时会先通过 instanceof 判断是否为 String 类型，如果不是则会直接返回 false，instanceof 的使用如下：
Object oString = "123";
Object oInt = 123;
System.out.println(oString instanceof String); // 返回 true
System.out.println(oInt instanceof String); // 返回 false
当判断参数为 String 类型之后，会循环对比两个字符串中的每一个字符，当所有字符都相等时返回 true，否则则返回 false。
还有一个和 equals() 比较类似的方法 equalsIgnoreCase()，它是用于忽略字符串的大小写之后进行字符串对比。
3. compareTo() 比较两个字符串
compareTo() 方法用于比较两个字符串，返回的结果为 int 类型的值，源码如下：
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;
}
从源码中可以看出，compareTo() 方法会循环对比所有的字符，当两个字符串中有任意一个字符不相同时，则 return char1-char2。比如，两个字符串分别存储的是 1 和 2，返回的值是 -1；如果存储的是 1 和 1，则返回的值是 0 ，如果存储的是 2 和 1，则返回的值是 1。
还有一个和 compareTo() 比较类似的方法 compareToIgnoreCase()，用于忽略大小写后比较两个字符串。
可以看出 compareTo() 方法和 equals() 方法都是用于比较两个字符串的，但它们有两点不同：
- equals() 可以接收一个 Object 类型的参数，而 compareTo() 只能接收一个 String 类型的参数；
- equals() 返回值为 Boolean，而 compareTo() 的返回值则为 int。
它们都可以用于两个字符串的比较，当 equals() 方法返回 true 时，或者是 compareTo() 方法返回 0 时，则表示两个字符串完全相同。
4. 其他重要方法
- indexOf()：查询字符串首次出现的下标位置
- lastIndexOf()：查询字符串最后出现的下标位置
- contains()：查询字符串中是否包含另一个字符串
- toLowerCase()：把字符串全部转换成小写
- toUpperCase()：把字符串全部转换成大写
- length()：查询字符串的长度
- trim()：去掉字符串首尾空格
- replace()：替换字符串中的某些字符
- split()：把字符串分割并返回字符串数组
- join()：把字符串数组转为字符串
考点分析
这道题目考察的重点是，你对 Java 源码的理解，这也从侧面反应了你是否热爱和喜欢专研程序，而这正是一个优秀程序员所必备的特质。
String 源码属于所有源码中最基础、最简单的一个，对 String 源码的理解也反应了你的 Java 基础功底。
String 问题如果再延伸一下，会问到一些更多的知识细节，这也是大厂一贯使用的面试策略，从一个知识点入手然后扩充更多的知识细节，对于 String 也不例外，通常还会关联的询问以下问题：
- 为什么 String 类型要用 final 修饰？
- == 和 equals 的区别是什么？
- String 和 StringBuilder、StringBuffer 有什么区别？
- String 的 intern() 方法有什么含义？
- String 类型在 JVM（Java 虚拟机）中是如何存储的？编译器对 String 做了哪些优化？
接下来我们一起来看这些问题的答案。
知识扩展
1. == 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。
查看源码我们可以知道 Object 中也有 equals() 方法，源码如下：
public boolean equals(Object obj) {
return (this == obj);
}
可以看出，Object 中的 equals() 方法其实就是 ==，而 String 重写了 equals() 方法把它修改成比较两个字符串的值是否相等。
源码如下：
public boolean equals(Object anObject) {
// 对象引用相同直接返回 true
if (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 false
if (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;
}
2. final 修饰的好处
从 String 类的源码我们可以看出 String 是被 final 修饰的不可继承类，源码如下：
public final class String
implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence { //...... }
那这样设计有什么好处呢？
Java 语言之父 James Gosling 的回答是，他会更倾向于使用 final，因为它能够缓存结果，当你在传参时不需要考虑谁会修改它的值；如果是可变类的话，则有可能需要重新拷贝出来一个新值进行传参，这样在性能上就会有一定的损失。
James Gosling 还说迫使 String 类设计成不可变的另一个原因是安全，当你在调用其他方法时，比如调用一些系统级操作指令之前，可能会有一系列校验，如果是可变类的话，可能在你校验过后，它的内部的值又被改变了，这样有可能会引起严重的系统崩溃问题，这是迫使 String 类设计成不可变类的一个重要原因。
总结来说，使用 final 修饰的第一个好处是安全；第二个好处是高效，以 JVM 中的字符串常量池来举例，如下两个变量：
String s1 = "java";
String s2 = "java";
只有字符串是不可变时，我们才能实现字符串常量池，字符串常量池可以为我们缓存字符串，提高程序的运行效率，如下图所示：
试想一下如果 String 是可变的，那当 s1 的值修改之后，s2 的值也跟着改变了，这样就和我们预期的结果不相符了，因此也就没有办法实现字符串常量池的功能了。
3. String 和 StringBuilder、StringBuffer 的区别
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，如下源码所示：
@Override
public synchronized StringBuffer append(Object obj) {
toStringCache = null;
super.append(String.valueOf(obj));
return this;
}
public synchronized StringBuffer append(String str) {
toStringCache = null;
super.append(str);
return this;
}
因为它使用了 synchronized 来保证线程安全，所以性能不是很高，于是在 JDK 1.5 就有了 StringBuilder，它同样提供了 append 和 insert 的拼接方法，但它没有使用 synchronized 来修饰，因此在性能上要优于 StringBuffer，所以在非并发操作的环境下可使用 StringBuilder 来进行字符串拼接。
4. String 和 JVM
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；而 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，如下代码所示：
String s1 = new String("Java");
String s2 = s1.intern();
String s3 = "Java";
System.out.println(s1 == s2); // false
System.out.println(s2 == s3); // true
它们在 JVM 存储的位置，如下图所示：
小贴士：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。
除此之外编译器还会对 String 字符串做一些优化，例如以下代码：
String s1 = "Ja" + "va";
String s2 = "Java";
System.out.println(s1 == s2);
虽然 s1 拼接了多个字符串，但对比的结果却是 true，我们使用反编译工具，看到的结果如下：
Compiled from "StringExample.java"
public class com.lagou.interview.StringExample {
public com.lagou.interview.StringExample();
Code:
0: aload_0
1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
4: return
LineNumberTable:
line 3: 0
public static void main(java.lang.String[]);
Code:
0: ldc #2 // String Java
2: astore_1
3: ldc #2 // String Java
5: astore_2
6: getstatic #3 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
9: aload_1
10: aload_2
11: if_acmpne 18
14: iconst_1
15: goto 19
18: iconst_0
19: invokevirtual #4 // Method java/io/PrintStream.println:(Z)V
22: return
LineNumberTable:
line 5: 0
line 6: 3
line 7: 6
line 8: 22
}
从编译代码 #2 可以看出，代码 "Ja"+"va" 被直接编译成了 "Java" ，因此 s1==s2 的结果才是 true，这就是编译器对字符串优化的结果。
最后
今天分享的内容就到这里，文章中从 String 的源码入手，重点讲了 String 的构造方法、equals() 方法和 compareTo() 方法，其中 equals() 重写了 Object 的 equals() 方法，把引用对比改成了字符串值对比，也介绍了 final 修饰 String 的好处，可以提高效率和增强安全性，同时我们还介绍了 String 和 JVM 的一些执行细节。
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