小周学JAVA—八股六

自动装箱和拆箱

Java中基础数据类型与它们对应的包装类见下表：

原始类型	包装类型
boolean	Boolean
byte	Byte
char	Character
float	Float
int	Integer
long	Long
short	Short
double	Double

装箱：将基础类型转化为包装类型。

拆箱：将包装类型转化为基础类型。

当基础类型与它们的包装类有如下几种情况时，编译器会自动帮我们进行装箱或拆箱：

• 赋值操作（装箱或拆箱）
• 进行加减乘除混合运算 （拆箱）
• 进行>,<,==比较运算（拆箱）
• 调用equals进行比较（装箱）
• ArrayList、HashMap等集合类添加基础类型数据时（装箱）

示例代码：

Integer x = 1; // 装箱 调⽤ Integer.valueOf(1)
int y = x; // 拆箱 调⽤了 X.intValue()

看一道常见的面试题：

Integer a = 100;
Integer b = 100;
System.out.println(a == b);

Integer c = 200;
Integer d = 200;
System.out.println(c == d);

输出：

true
false

为什么第三个输出是false？看看 Integer 类的源码。

public static Integer valueOf(int i) {
    if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
        return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
    return new Integer(i);
}

Integer c = 200; 会调用 调⽤Integer.valueOf(200)。而从Integer的valueOf()源码可以看到，这里的实现并不是简单的new Integer，而是用IntegerCache做一个cache。

private static class IntegerCache {
    static final int low = -128;
    static final int high;
    static final Integer cache[];

    static {
        // high value may be configured by property
        int h = 127;
        String integerCacheHighPropValue =
            sun.misc.VM.getSavedProperty("java.lang.Integer.IntegerCache.high");
        if (integerCacheHighPropValue != null) {
            try {
                int i = parseInt(integerCacheHighPropValue);
                i = Math.max(i, 127);
                // Maximum array size is Integer.MAX_VALUE
                h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) -1);
            } catch( NumberFormatException nfe) {
                // If the property cannot be parsed into an int, ignore it.
            }
        }
        high = h;
    }
    ...
}

这是IntegerCache静态代码块中的一段，默认Integer cache 的下限是-128，上限默认127。当赋值100给Integer时，刚好在这个范围内，所以从cache中取对应的Integer并返回，所以a和b返回的是同一个对象，所以==比较是相等的，当赋值200给Integer时，不在cache 的范围内，所以会new Integer并返回，当然==比较的结果是不相等的。

String 为什么不可变？

先看看什么是不可变的对象。

如果一个对象，在它创建完成之后，不能再改变它的状态，那么这个对象就是不可变的。不能改变状态的意思是，不能改变对象内的成员变量，包括基本数据类型的值不能改变，引用类型的变量不能指向其他的对象，引用类型指向的对象的状态也不能改变。

接着来看Java8 String类的源码：

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable, CharSequence {
    /** The value is used for character storage. */
    private final char value[];

    /** Cache the hash code for the string */
    private int hash; // Default to 0
}

从源码可以看出，String对象其实在内部就是一个个字符，存储在这个value数组里面的。

value数组用final修饰，final 修饰的变量，值不能被修改。因此value不可以指向其他对象。

String类内部所有的字段都是私有的，也就是被private修饰。而且String没有对外提供修改内部状态的方法，因此value数组不能改变。

所以，String是不可变的。

那为什么String要设计成不可变的？

主要有以下几点原因：

• 线程安全。同一个字符串实例可以被多个线程共享，因为字符串不可变，本身就是线程安全的。
• 支持hash映射和缓存。因为String的hash值经常会使用到，比如作为 Map 的键，不可变的特性使得 hash 值也不会变，不需要重新计算。
• 出于安全考虑。网络地址URL、文件路径path、密码通常情况下都是以String类型保存，假若String不是固定不变的，将会引起各种安全隐患。比如将密码用String的类型保存，那么它将一直留在内存中，直到垃圾收集器把它清除。假如String类不是固定不变的，那么这个密码可能会被改变，导致出现安全隐患。
• 字符串常量池优化。String对象创建之后，会缓存到字符串常量池中，下次需要创建同样的对象时，可以直接返回缓存的引用。

既然我们的String是不可变的，它内部还有很多substring， replace， replaceAll这些操作的方法。这些方法好像会改变String对象？怎么解释呢？

其实不是的，我们每次调用replace等方法，其实会在堆内存中创建了一个新的对象。然后其value数组引用指向不同的对象。

为何JDK9要将String的底层实现由char[]改成byte[]?

主要是为了节约String占用的内存。

在大部分Java程序的堆内存中，String占用的空间最大，并且绝大多数String只有Latin-1字符，这些Latin-1字符只需要1个字节就够了。

而在JDK9之前，JVM因为String使用char数组存储，每个char占2个字节，所以即使字符串只需要1字节，它也要按照2字节进行分配，浪费了一半的内存空间。

到了JDK9之后，对于每个字符串，会先判断它是不是只有Latin-1字符，如果是，就按照1字节的规格进行分配内存，如果不是，就按照2字节的规格进行分配，这样便提高了内存使用率，同时GC次数也会减少，提升效率。

不过Latin-1编码集支持的字符有限，比如不支持中文字符，因此对于中文字符串，用的是UTF16编码（两个字节），所以用byte[]和char[]实现没什么区别。

String, StringBuffer 和 StringBuilder区别

1. 可变性

• String 不可变
• StringBuffer 和 StringBuilder 可变

2. 线程安全

• String 不可变，因此是线程安全的
• StringBuilder 不是线程安全的
• StringBuffer 是线程安全的，内部使用 synchronized 进行同步

什么是StringJoiner？

StringJoiner是 Java 8 新增的一个 API，它基于 StringBuilder 实现，用于实现对字符串之间通过分隔符拼接的场景。

StringJoiner 有两个构造方法，第一个构造要求依次传入分隔符、前缀和后缀。第二个构造则只要求传入分隔符即可（前缀和后缀默认为空字符串）。

StringJoiner(CharSequence delimiter, CharSequence prefix, CharSequence suffix)
StringJoiner(CharSequence delimiter)

有些字符串拼接场景，使用 StringBuffer 或 StringBuilder 则显得比较繁琐。

比如下面的例子：

List values = Arrays.asList(1, 3, 5);
StringBuilder sb = new StringBuilder("(");

for (int i = 0; i < values.size(); i++) {
	sb.append(values.get(i));
	if (i != values.size() -1) {
		sb.append(",");
	}
}

sb.append(")");

而通过StringJoiner来实现拼接List的各个元素，代码看起来更加简洁。

List values = Arrays.asList(1, 3, 5);
StringJoiner sj = new StringJoiner(",", "(", ")");

for (Integer value : values) {
	sj.add(value.toString());
}

另外，像平时经常使用的Collectors.joining(",")，底层就是通过StringJoiner实现的。

源码如下：

public static Collector joining(
    CharSequence delimiter,CharSequence prefix,CharSequence suffix) {
    return new CollectorImpl<>(
            () -> new StringJoiner(delimiter, prefix, suffix),
            StringJoiner::add, StringJoiner::merge,
            StringJoiner::toString, CH_NOID);
}

String 类的常用方法有哪些？

• indexOf()：返回指定字符的索引。
• charAt()：返回指定索引处的字符。
• replace()：字符串替换。
• trim()：去除字符串两端空白。
• split()：分割字符串，返回一个分割后的字符串数组。
• getBytes()：返回字符串的 byte 类型数组。
• length()：返回字符串长度。
• toLowerCase()：将字符串转成小写字母。
• toUpperCase()：将字符串转成大写字符。
• substring()：截取字符串。
• equals()：字符串比较。

new String("dabin")会创建几个对象？

使用这种方式会创建两个字符串对象（前提是字符串常量池中没有 "dabin" 这个字符串对象）。

• "dabin" 属于字符串字面量，因此编译时期会在字符串常量池中创建一个字符串对象，指向这个 "dabin" 字符串字面量；
• 使用 new 的方式会在堆中创建一个字符串对象。

什么是字符串常量池？

字符串常量池（String Pool）保存着所有字符串字面量，这些字面量在编译时期就确定。字符串常量池位于堆内存中，专门用来存储字符串常量。在创建字符串时，JVM首先会检查字符串常量池，如果该字符串已经存在池中，则返回其引用，如果不存在，则创建此字符串并放入池中，并返回其引用。

String最大长度是多少？

String类提供了一个length方法，返回值为int类型，而int的取值上限为2^31 -1。

所以理论上String的最大长度为2^31 -1。

达到这个长度的话需要多大的内存吗？

String内部是使用一个char数组来维护字符序列的，一个char占用两个字节。如果说String最大长度是2^31 -1的话，那么最大的字符串占用内存空间约等于4GB。

也就是说，我们需要有大于4GB的JVM运行内存才行。

那String一般都存储在JVM的哪块区域呢？

字符串在JVM中的存储分两种情况，一种是String对象，存储在JVM的堆栈中。一种是字符串常量，存储在常量池里面。

什么情况下字符串会存储在常量池呢？

当通过字面量进行字符串声明时，比如String s = "程序新大彬";，这个字符串在编译之后会以常量的形式进入到常量池。

那常量池中的字符串最大长度是2^31-1吗？

不是的，常量池对String的长度是有另外限制的。。Java中的UTF-8编码的Unicode字符串在常量池中以CONSTANT_Utf8类型表示。

CONSTANT_Utf8_info {
    u1 tag;
    u2 length;
    u1 bytes[length];
}

length在这里就是代表字符串的长度，length的类型是u2，u2是无符号的16位整数，也就是说最大长度可以做到2^16-1 即 65535。

不过javac编译器做了限制，需要length < 65535。所以字符串常量在常量池中的最大长度是65535 - 1 = 65534。

最后总结一下：

String在不同的状态下，具有不同的长度限制。

• 字符串常量长度不能超过65534
• 堆内字符串的长度不超过2^31-1