String作為我們使用最頻繁的一種對象類型，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)空間比較大的一個對象。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對象的實現(xiàn)、特性以及實際使用中的優(yōu)化這幾方面來入手，深入理解以下String的性能優(yōu)化。

　　在這之前，首先看一個問題。通過三種方式創(chuàng)建三個對象，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對象是如何實現(xiàn)的？

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

　　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對象是對char數(shù)組進行了封裝實現(xiàn)的對象，主要有：char數(shù)組、偏移量offset、字符數(shù)量count、哈希值hash。String對象通過offset和count屬性來定位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String做了一些改變。String類中不再有offset和count兩個屬性了。這樣做可以使String對象占用的內(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是一個編碼格式的標(biāo)識。

　　為什么要這么改呢？

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

　　coder屬性的作用是：在計算字符串長度或者使用indexOf()時，需要根據(jù)這個字段，判斷如何計算字符串的長度。coder屬性值默認有0和1兩個值，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對象的不可變性

　　如果看過String的源碼，就會發(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對象不可被更改。這就叫做String對象的不可變性。即如果String對象一旦創(chuàng)建成功了，就不能再對它進行改變。

　　這樣做的好處在哪里？　　

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

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

　　第三、可以實現(xiàn)字符串常量池。Java中，通常有2種創(chuàng)建字符串對象的方式，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)建字符串對象時，JVM首先檢查該對象是否在字符串常量池中，如果在就返回該對象的引用，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值的字符串對象的重復(fù)創(chuàng)建，節(jié)約內(nèi)存。

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

　　String對象的優(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對象相加，拼接我們想要的字符串，會不會產(chǎn)生多個對象呢？比如說以下代碼：

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

　　分析代碼可知：首先會生成ab對象，再生成abcd對象，最后生成abcdef對象。理論上說，代碼很低效。

　　但實際上，會發(fā)現(xiàn)只有一個對象生成，這是為什么呢？編譯時編譯器會自動幫我們優(yōu)化代碼，使得最后只得出一個對象“abcdef”。

　　再來看看，如果進行字符串常量的累計，又會出現(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，編譯器同樣對代碼進行了優(yōu)化，在進行字符串拼接時，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)都生成一個新的StringBuilder實例，同樣會降低系統(tǒng)的性能。所以平時做字符串拼接的時候，建議還是顯示使用StringBuilder來提升性能。在多線程編程時，String對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，涉及到鎖競爭，所以就性能上來說會比StringBuilder差些。

　　2.如何使用String.intern節(jié)省內(nèi)存？

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

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

　　我們再來看一個例子：

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，默認會將對象放入常量池；在字符串變量中，對象總是創(chuàng)建在堆內(nèi)存的，同時也會在常量池中創(chuàng)建一個字符串對象，復(fù)制到堆內(nèi)存對象中，并返回堆內(nèi)存對象引用。

　　如果調(diào)用intern方法，會去查看字符串常量池中是否有等于該對象的字符串，如果沒有，就會在常量池中新增該對象，并返回該對象引用；如果有則返回常量池中的字符串引用。堆內(nèi)存中原有的對象由于沒有引用指向它，將會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式實現(xiàn)了強大的分割功能，而正則表達式的性能是非常不穩(wěn)定的，使用不當(dāng)會引起回溯問題，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，如果實在無法滿足需求，就在使用spilt方法時，對回溯問題加以重視就可以了。

　　總結(jié)

　　通過上面的敘述，我們認識到了做好String字符串性能的優(yōu)化，可以提升整個系統(tǒng)的性能。在這個理論基礎(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String性能進行了優(yōu)化。

　　我們還提到了String對象的不可變性，正是這個特性實現(xiàn)了字符串常量池，通過減少同一個值的字符串對象的重復(fù)創(chuàng)建，進一步節(jié)約內(nèi)存。也是因為這個特性，我們在做長字符串的拼接時，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，讓變量字符串對象重復(fù)使用常量池中相同值的對象，進而節(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存儲于字符串常量池中；

　　String str2 = new String("abc")；通過new對象的方式創(chuàng)建字符串對象，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，會返回常量池中的數(shù)據(jù)，str3此時就指向常量池中的abc，和str1的方式一樣，所以為true；

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