String作為我們使用最頻繁的一種對(duì)象類型，其性能問題是最容易被忽略的。作為Java中重要的數(shù)據(jù)類型，是內(nèi)存中占據(jù)空間比較大的一個(gè)對(duì)象。如何高效地使用字符串，可以幫助我們提升系統(tǒng)的整體性能。

　　現(xiàn)在，我們就從String對(duì)象的實(shí)現(xiàn)、特性以及實(shí)際使用中的優(yōu)化這幾方面來(lái)入手，深入理解以下String的性能優(yōu)化。

　　在這之前，首先看一個(gè)問題。通過三種方式創(chuàng)建三個(gè)對(duì)象，然后依次兩兩匹配，得出的結(jié)果是什么？答案留到最后揭曉。

String str1 = "abc";
String str2 = new String("abc");
String str3 = str2.intern();
System.out.println(str1 == str2);
System.out.println(str2 == str3);
System.out.println(str1 == str3);

　　String對(duì)象是如何實(shí)現(xiàn)的？

　　Java中對(duì)String對(duì)象做了大量的優(yōu)化，以此來(lái)節(jié)約內(nèi)存空間，提升String對(duì)象的性能。下圖是Java6 -> Java9 String對(duì)象屬性的變化：

　　可以看到，String的屬性有了以下的變化：

• 在Java6及以前的版本中，String對(duì)象是對(duì)char數(shù)組進(jìn)行了封裝實(shí)現(xiàn)的對(duì)象，主要有：char數(shù)組、偏移量offset、字符數(shù)量count、哈希值hash。String對(duì)象通過offset和count屬性來(lái)定位char數(shù)組，獲取字符串。這樣做可以高效快速地共享數(shù)組對(duì)象，能節(jié)省內(nèi)存空間，但容易出現(xiàn)內(nèi)存泄漏。
  
• 從Java7到Java8版本，Java對(duì)String做了一些改變。String類中不再有offset和count兩個(gè)屬性了。這樣做可以使String對(duì)象占用的內(nèi)存減少，并且String.substring方法也不再共享char[]，解決了可能出現(xiàn)的內(nèi)存泄漏的問題。
  
• 從Java9版本開始，將char[]改成了byte[]，并增加了新屬性coder，coder是一個(gè)編碼格式的標(biāo)識(shí)。

　　為什么要這么改呢？

　　我們知道，一個(gè)char字符占16位，2個(gè)字節(jié)。這種情況下存儲(chǔ)單字節(jié)的字符就很容易浪費(fèi)了。JDK1.9的String類為了節(jié)省內(nèi)存空間，就使用了占8位，1個(gè)字節(jié)的byte數(shù)組來(lái)存儲(chǔ)字符串。

　　coder屬性的作用是：在計(jì)算字符串長(zhǎng)度或者使用indexOf()時(shí)，需要根據(jù)這個(gè)字段，判斷如何計(jì)算字符串的長(zhǎng)度。coder屬性值默認(rèn)有0和1兩個(gè)值，0代表Latin-1(單字節(jié)編碼)，1代表UTF-16。如果String判斷字符串只包含Latin-1，則coder值取0，反之為1。

　　String對(duì)象的不可變性

　　如果看過String的源碼，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，String類是被final關(guān)鍵字修飾的，且變量char數(shù)組也被final修飾。

　　一個(gè)類被final修飾代表著該類不可繼承，char[]被private和final修飾著，代表String對(duì)象不可被更改。這就叫做String對(duì)象的不可變性。即如果String對(duì)象一旦創(chuàng)建成功了，就不能再對(duì)它進(jìn)行改變。

　　這樣做的好處在哪里？　　

　　第一、保證了String對(duì)象的安全性。假設(shè)String對(duì)象是可變的，那么String對(duì)象就會(huì)被惡意修改。

　　第二.、保證hash屬性值不會(huì)頻繁變更，確保了唯一性。使得類似HashMap容器才能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的key-value緩存功能。

　　第三、可以實(shí)現(xiàn)字符串常量池。Java中，通常有2種創(chuàng)建字符串對(duì)象的方式，一種是通過字符串常量的方式創(chuàng)建，如String str = "abc"；另一種是字符串常量通過new形式的創(chuàng)建，如String str = new String("abc")。

　　當(dāng)代碼中使用第一種方式創(chuàng)建字符串對(duì)象時(shí)，JVM首先檢查該對(duì)象是否在字符串常量池中，如果在就返回該對(duì)象的引用，否則新的字符串將在常量池中創(chuàng)建。這種方式可以減少同一個(gè)值的字符串對(duì)象的重復(fù)創(chuàng)建，節(jié)約內(nèi)存。

　　第二種方式，首先在編譯類文件時(shí)，"abc"常量字符串將會(huì)放入到常量結(jié)構(gòu)中，在類加載時(shí)，"abc"會(huì)在常量池中創(chuàng)建；然后調(diào)用new時(shí)，JVM命令將會(huì)調(diào)用String的構(gòu)造函數(shù)，同時(shí)引用常量池的"abc"字符串，在堆內(nèi)存中創(chuàng)建一個(gè)String對(duì)象，最后str引用String對(duì)象。

　　String對(duì)象的優(yōu)化

　　1.如何構(gòu)建超大字符串

　　編程過程中字符串的拼接很常見。如果使用String對(duì)象相加，拼接我們想要的字符串，會(huì)不會(huì)產(chǎn)生多個(gè)對(duì)象呢？比如說(shuō)以下代碼：

String str = "ab" + "cd" + "ef";

　　分析代碼可知：首先會(huì)生成ab對(duì)象，再生成abcd對(duì)象，最后生成abcdef對(duì)象。理論上說(shuō)，代碼很低效。

　　但實(shí)際上，會(huì)發(fā)現(xiàn)只有一個(gè)對(duì)象生成，這是為什么呢？編譯時(shí)編譯器會(huì)自動(dòng)幫我們優(yōu)化代碼，使得最后只得出一個(gè)對(duì)象“abcdef”。

　　再來(lái)看看，如果進(jìn)行字符串常量的累計(jì)，又會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果？

String str = "abcdef";
for (int i = 0; i < 100; i++) {
   str = str + i;
 }

　　上面的代碼編譯后，編譯器同樣對(duì)代碼進(jìn)行了優(yōu)化，在進(jìn)行字符串拼接時(shí)，偏向使用StringBuilder，這樣可以提升效率。上面的代碼變成了下面這樣：

String str = "abcdef";
for (int i = 0; i < 100; i++) {
  str = (new StringBuilder(String.valueOf(str))).append(i).toString();
}

　　總結(jié)：即使使用+號(hào)作為字符串的拼接，一樣可以被編譯器優(yōu)化成StringBuilder的方式。但如果每次循環(huán)都生成一個(gè)新的StringBuilder實(shí)例，同樣會(huì)降低系統(tǒng)的性能。所以平時(shí)做字符串拼接的時(shí)候，建議還是顯示使用StringBuilder來(lái)提升性能。在多線程編程時(shí)，String對(duì)象的拼接涉及到了線程安全，可以使用StringBuffer。但由于StringBuffer是線程安全的，涉及到鎖競(jìng)爭(zhēng)，所以就性能上來(lái)說(shuō)會(huì)比StringBuilder差些。

　　2.如何使用String.intern節(jié)省內(nèi)存？

　　對(duì)于一些數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量非常大，但同時(shí)又有大部分重合的，該如何處理呢？

　　具體做法是，每次賦值的時(shí)候使用String的intern方法，如果常量池中有相同值，就會(huì)重復(fù)使用該對(duì)象，返回對(duì)象的引用，這樣一開始的對(duì)象就可以被回收掉了，這樣的話數(shù)據(jù)量就會(huì)大幅度降低了。

　　我們?cè)賮?lái)看一個(gè)例子：

String a = new String("abc").intern();
String b = new String("abc").intern(); 
if (a == b) {
   System.out.println("a == b");
}

　　輸出結(jié)果是： a == b

　　在字符串常量池中，默認(rèn)會(huì)將對(duì)象放入常量池；在字符串變量中，對(duì)象總是創(chuàng)建在堆內(nèi)存的，同時(shí)也會(huì)在常量池中創(chuàng)建一個(gè)字符串對(duì)象，復(fù)制到堆內(nèi)存對(duì)象中，并返回堆內(nèi)存對(duì)象引用。

　　如果調(diào)用intern方法，會(huì)去查看字符串常量池中是否有等于該對(duì)象的字符串，如果沒有，就會(huì)在常量池中新增該對(duì)象，并返回該對(duì)象引用；如果有則返回常量池中的字符串引用。堆內(nèi)存中原有的對(duì)象由于沒有引用指向它，將會(huì)通過垃圾回收器回收。

　　3.如何使用字符串的分割方法？

　　spilt()方法使用了正則表達(dá)式實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)大的分割功能，而正則表達(dá)式的性能是非常不穩(wěn)定的，使用不當(dāng)會(huì)引起回溯問題，很可能導(dǎo)致CPU居高不下。

　　所以要慎重使用spilt方法，我們可以用String.indexOf()方法代替spilt()方法完成字符串的分割，如果實(shí)在無(wú)法滿足需求，就在使用spilt方法時(shí)，對(duì)回溯問題加以重視就可以了。

　　總結(jié)

　　通過上面的敘述，我們認(rèn)識(shí)到了做好String字符串性能的優(yōu)化，可以提升整個(gè)系統(tǒng)的性能。在這個(gè)理論基礎(chǔ)上，Java版本在迭代中不斷更改成員變量，節(jié)約內(nèi)存空間，對(duì)String性能進(jìn)行了優(yōu)化。

　　我們還提到了String對(duì)象的不可變性，正是這個(gè)特性實(shí)現(xiàn)了字符串常量池，通過減少同一個(gè)值的字符串對(duì)象的重復(fù)創(chuàng)建，進(jìn)一步節(jié)約內(nèi)存。也是因?yàn)檫@個(gè)特性，我們?cè)谧鲩L(zhǎng)字符串的拼接時(shí)，需要顯示使用StringBuilder，以提升字符串的拼接性能。最后在優(yōu)化方面，我們還可以使用intern方法，讓變量字符串對(duì)象重復(fù)使用常量池中相同值的對(duì)象，進(jìn)而節(jié)約內(nèi)存。

　　最后，公布上面那道題的結(jié)果：

　　false、false、true。

　　其中， String str1 = “abc”；通過字面量的方式創(chuàng)建，abc存儲(chǔ)于字符串常量池中；

　　String str2 = new String("abc")；通過new對(duì)象的方式創(chuàng)建字符串對(duì)象，引用地址存放在堆內(nèi)存中，abc則存放在字符串常量池中，所以為false；

　　String str3 = str2.intern()；由于調(diào)用了intern()方法，會(huì)返回常量池中的數(shù)據(jù)，str3此時(shí)就指向常量池中的abc，和str1的方式一樣，所以為true；

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