From Gossip@caterpillar

Java Essence: 那些字串二三事



 


在Java中，要建立字串很方便：
String str = "Java";

依Java命名慣例而言，String這個名稱首字大寫，無疑地應該是個類別，這代表了，str是參考至一個String的實例。有些書會說，這個寫法其實等同於以下的寫法，而且這樣有建立物件的明確語義：
String str = new String("Java");

這並不是全部的事實。這句話比較像是：
String str1 = "Java";
String str2 = new String(str1);

也就是先前的那行程式碼，其實JVM建立了兩個String實例。這意謂著，直接使用雙引號包括字元來建立字串，以及自行用new關鍵字建立字字串是不同的，這可以由以下的程式碼來驗證：
String str1 = "Java";
String str2 = new String(str1);
System.out.println(str1 == str2);

==運算子會比較兩個參考名稱是否參考至同一物件，上面的程式片段會印出false，也就是str1與str2是參考至不同物件。直接使用雙引號包括字元來建立字串，JVM會自行在記憶體中使用一個字串池（String pool）來維護，只要雙引號含括的字元內容相同（序列相同，大小寫相同），無論在程式碼中出現幾次，在字串池中都只有一個實例。

下面這段程式碼可以驗證：
String str1 = "Java";
String str2 = "Java";
System.out.println(str1 == str2);

這個程式碼片段會印出true，因為雙引號含括的內容都是Java這個字元序列，雖然程式碼中出現了兩次"Java"，但在字串池中卻只有一個實例，只不過依程式碼所定義的，被str1與str2所參考著。

一般書籍都會說，要比較字串是否相等要使用equals()方法而不是==，這個意思是指比較字串所含字元序列的相等性，而非參考名稱所參考的記憶體位置相等性。下面這個程式碼會顯示true，因為str1與str2所參考之物件，其所含字元序列都相等：
String str1 = "Java";
String str2 = new String(str1);
System.out.println(str1.equals(str2));

每個字串都是不可變動的，這表示你一旦建立字串，就不可以修改它的字元內容。字串的字元內容，是維護在String中的字元陣列中：
public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    /** The value is used for character storage. */
    private final char value[];

下面這段程式碼，只不過是將字串內含字元陣列給另一個字串在內部複製或參考：
    public String(String original) {
        int size = original.count;
        char[] originalValue = original.value;
        char[] v;
        if (originalValue.length > size) {
            v = Arrays.copyOfRange(originalValue, off, off+size);
        } else {
            v = originalValue;
        }
        this.offset = 0;
        this.count = size;
        this.value = v;
    }

其它的字串建構式也是類似的。String上還有個intern()方法，可以讓你將字串放入字串池，或者是從字串池中取得JVM所維護的字串。如果你呼叫它，則會使用equals()方法，比較字串池中是否有字元序列相同的字串，如果有則傳回，如果無則將該字串置入字串池。

所以下面這個程式碼執行結果會是true：
String str1 = "Java";
String str2 = new String(str1);
System.out.println(str1 == str2.intern());

在Java中，可以使用+串接字串，例如：
String str1 = "Java";
String str2 = "Cool";
String str3 = str1 + str2;
System.out.println(str3);

最後顯示的是JavaCool。一應該都會告訴你，用+串接字串很方便，但要小心+會產生新的字串。這也不是全部的事實，因為它產生的更多，如果使用的是JDK5以上，可以實際反組譯看看：
String s = "Java";
String s1 = "Cool";
String s2 = (new StringBuilder()).append(s).append(s1).toString();
System.out.println(s2);

如 果是JDK1.4以下，則會在JVM內部產生StringBuffer完成類似的字串附加動作。StringBuilder或StringBuffer， 內部也是使用自動增加的字元陣列來維護，若長度不夠，則會產生新的更長的字元陣列，然後作字元陣列複製的動作。所以若是有頻繁串接字串的動作，例如在迴圈 中串接SQL之類的，會有效能上的隱憂，應當避免。

不過下面這個稍微有點不同：
String str = "Java" + "Cool";
System.out.println(str);

執行結果一樣顯示JavaCool，不過反組譯它，你會發現編譯器很聰明：
String s = "JavaCool";
System.out.println(s);

既然兩個都是雙引號括著，又直接使用+串接，那你要的不就是"JavaCool"？

附帶一提的是，字串與物件之間也是可以使用+串接的！例如：
Map map = new HashMap();
map.put("key", "value");
System.out.println("Map: " + map);

這沒什麼！如果字串與物件使用+串接，其實最後會呼叫物件的toString()取得物件的字串描述，也就是說類似於：
Map map = new HashMap();
map.put("key", "value");
System.out.println("Map: " + map.toString());

這也不完全是事實，上面只是比喻！編譯器（或JVM）作的更多：
HashMap hashmap = new HashMap();
hashmap.put("key", "value");
System.out.println(
        (new StringBuilder()).append("Map: ").append(hashmap).toString());

至於StringBuilder的append()作了什麼，留待你自行去探索一下它的原始碼吧！

延伸閱讀 String and memory leaks。