Java中的String到底是什么？（知识扩展+考点分析+源码分析）
背景知识
现在几乎所有的Java面试题中都是涉及到String的问题，也是很基本的问题，对于String的知识点，我们可能只是知道：String 不属于基础类型、String不可变、String有这三个类：String、StringBuffer、StringBuilder等等。但是String是如何实现的？它有哪些重要的方法？
源码分析
对于现在的主流JDK版本JDK1.8，String的内部存储结构是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源码中的几个核心方法如下：
1. 多构造的方法
// 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());
}
2. equals()用来比较两个字符串是否相等
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通过重写Object中的equals()方法实现相等的比较，在比较时首先通过instanceof判断是否为String类型，是，则返回true；否则，返回false；
instanceof的使用方式如下：
Object oString = "123";
Object oInt = 123;
System.out.println(oString instanceof String); // 返回 true
System.out.println(oInt instanceof String); // 返回 false
进行String类型判断的时候，会循环对比两个字符串的每一个字符，当所有的字符都相等是返回true，否则返回false。
此外，equalsIgnoreCase()和equals()方式比较类似，但是区别是前者比较的时候忽略字符串的大小写。
3. compareTo()比较两个字符串
compareTo()方法比较两个字符串返回的结果是int型值。
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;
}
源码中可以显示出，compareTo()循环比较所有的字符，两个字符串中出现不同字符时，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。compareToIgnoreCase()，用于忽略大小写后比较两个字符串。
compareTo() 方法和 equals() 方法的不同点：
1.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；
2.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.其他常用方法
- 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
String主要是针对源码进行考察，非常考验一个人的基础知识。对于基础知识的问题可能还有以下方面：
- 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？
知识扩展
1. 为什么 String 类型要用 final 修饰？
public final class String
implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence
{ //...... }
从源码进行分析，String是被final修饰的不可继承类。
这样做的好处时什么呢？
Java语言之父James Gosling说过，他更倾向于使用final，因为它可以缓存结果，传参数的时候不用考虑它的修改变动；如果可变的话，那么需要不断地传参，这样就会造成性能的损失。
James Gosling还说过另一个原因是安全，在实际过程中，比如你调用系统级操作指令之前，可能需要校验。如果是可变类的话，校验过后，内部值就改变了，这样就可能造成系统的崩溃问题。
总结来说：final修饰的优势是：
1.安全
2.高效
从JVM的角度来讲，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。
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
2.== 和 equals 的区别是什么？
==对于基本数据类型是进行“值”比较相等；
==对于引用类型是比较引用地址是否相等。
源码如下：
public boolean equals(Object obj) {
return (this == obj);
}
从源码可以看出，Object中的equals()是基于==的，而String重写了equals()方法并把它修改成了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;
}
3.String 和 StringBuilder、StringBuffer 有什么区别？
因为String类型不可变，因此String性能比较低，因此StringBuilder的出现，它提供了append和insert方法可以用于字符串的拼接，它使用synchronized保证线程安全，源码如下所示：
@Override
public synchronized StringBuffer append(Object obj) {
toStringCache = null;
super.append(String.valueOf(obj));
return this;
}
@Override
public synchronized StringBuffer append(String str) {
toStringCache = null;
super.append(str);
return this;
}
因为它使用synchronized保证线程安全，但是性能受限。JDK1.5之后就出现了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 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？
String的创建方式有两种：
- new String()的方式：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是否存在，如果不存在就就在常量池直接创建，然后把引用的值指向此字符串。
- 直接赋值：直接赋值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，否则会先在常量值中创建，然后再把引用指向此值。
源码如下：
String s1 = new String("Java");
String s2 = s1.intern();
String s3 = "Java";
System.out.println(s1 == s2); // false
System.out.println(s2 == s3); // true
JVM的存储方式如下图所示：
Tips：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。
总结
此文从String源码入手，阐述了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，最后还介绍了 String 和 JVM 的一些执行细节。
谢谢大家的欣赏！！！