String s = new String("abc")這段代碼創建了幾個物件呢？s=="abc"這個判斷的結果是什么？s.substring(0,2).intern()=="ab"這個的結果是什么呢？- s.charAt(index) 真的能表示出所有對應的字符嗎？
"abc"+"gbn"+s直接的字串拼接是否真的比使用StringBuilder的性能低？
前言
很高興遇見你~
Java中的String物件特性，與c/c++語言是很不同的，重點在于其不可變性，那么為了服務字串不可變性的設計，則衍生出非常多的相關問題：為什么要保持其不可變？底層如何存盤字串？如何進行字串操作才擁有更好的性能？等等，此外，字符編碼的相關知識也是非常重要；畢竟，現在使用emoij是再正常不過的事情了，
文章的內容圍繞著不可變 這個重點展開：
- 分析String物件的不可變性；
- 常量池的存盤原理以及intern方法的原理
- 字串拼接的原理以及優化
- 代碼單元與代碼點的區別
- 總結
那么，我們開始吧~
不可變性
理解String的不可變性，我們可以簡單看幾行代碼：
String string = "abcd";
String string1 = string.replace("a","b");
System.out.println(string);
System.out.println(string1);
輸出：
abcd
bbcd
string.replace("a","b")這個方法把"abcd"中的a換成了b，通過輸出可以發現，原字串string并沒有發生任何改變，replace方法構造了一個新的字串"bbcd"并賦值給了string1變數，這就是String的不可變性，
再舉個栗子：把"abcd"的最后一個字符d改成a，在c/c++語言中，直接修改最后一個字符即可；而在java中，需要重新創建一個String物件：abca，因為"abcd"本身是不可變的，不能被修改，
String物件值是不可變的，一切操作都不會改變String的值，而是通過構造新的字串來實作字串操作，
很多時候很難理解，為什么Java要如此設計，這樣不是會導致性能的下降嗎？回顧一下我們日常使用String的場景，更多的時候并沒有直接去修改一個string，而是使用一次，則被拋棄，但下次，很可能，又再一次使用到相同的String物件，例如日志列印：
Log.d("MainActivity",string);
前面的"MainActivity"我們并不需要去更改他，但是卻會頻繁使用到這個字串，Java把String設計為不可變，正是為了保持資料的一致性，使得相同字面量的String參考同個物件，例如：
String s1 = "hello";
String s2 = "hello";
s1與s2參考的是同個String物件，如果String可變，那么就無法實作這個設計了，因此，我們可以重復利用我們創建過的String物件，而無需重新創建他，
基于重復使用String的情況比更改String的場景更多的前提下，Java把String設計為不可變，保持資料一致性，使得同個字面量的字串可以參考同個String物件，重復利用已存在的String物件，
在《Java編程思想》一書中還提到另一個觀點，我們先看下面的代碼：
public String allCase(String s){
return string.toUpperCase();
}
allCase方法把傳入的String物件全部變成大寫并回傳修改后的字串，而此時，呼叫者的期望是傳入的String物件僅僅作為提供資訊的作用，而不希望被修改，那么String不可變的特性則非常符合這一點，
使用String物件作為引數時，我們希望不要改變String物件本身，而String的不可變性符合了這一點，
存盤原理
由于String物件的不可變特性，在存盤上也與普通的物件不一樣，我們都知道物件創建在 堆 上，而String物件其實也一樣，不一樣的是，同時也存盤在 常量池 中，處于堆區中的String物件，在GC時有極大可能被回收；而常量池中的String物件則不會輕易被回收，那么則可以重復利用常量池中的String物件，也就是說， 常量池是String物件得以重復利用的根本原因 ，
常量池不輕易垃圾回收的特性，使得常量池中的String物件可以一直存在，重復被利用，
往常量池中創建String物件的方式有兩種： 顯式使用雙引號構造字串物件、使用String物件的intern()方法 ，這兩個方法不一定會在常量池中創建物件，如果常量池中已存在相同的物件，則會直接回傳該物件的參考，重復利用String物件，其他創建String物件的方法都是在堆區中創建String物件，舉個栗子吧，
當我們通過new String()的方法或者呼叫String物件的實體方法，如string.substring()方法，會在堆區中創建一個String物件，而當我們使用雙引號創建一個字串物件，如String s = "abc"，或呼叫String物件的intern()方法時，會在常量池中創建一個物件，如下圖所示：
還記得我們文章開頭的問題嗎？
String s = new String("abc"),這句代碼創建了幾個物件？"abc"在常量池中構造了一個物件，new String()方法在堆區中又創建了一個物件，所以一共是兩個，s=="abc"的結果是false，兩個不同的物件，一個位于堆中，一個位于常量池中，s.substring(0,2).intern()=="ab"intern方法在常量池中構建了一個值為“ab"的String物件，"ab"陳述句不會再去構建一個新的String物件，而是回傳已經存在的String物件，所以結果是true，
只有顯式使用雙引號構造字串物件、使用String物件的
intern()方法 這兩種方法會在常量池中創建String物件，其他方法都是在堆區創建物件，每次在常量池創建String物件前都會檢查是否存在相同的String物件，如果是則會直接回傳該物件的參考，而不會重新創建一個物件，
關于intern方法還有一個問題需要講一下，在不同jdk版本所執行的具體邏輯是不同的，在jdk6以前，方法區是存放在永生代記憶體區域中，與堆區是分割開的，那么當往常量池中創建物件時，就需要進行深拷貝，也就是把一個物件完整地復制一遍并創建新的物件，如下圖：
永生代有一個很嚴重的缺點：容易發生OOM ，永生代是有記憶體上限的，且很小，當程式大量呼叫intern方法時很容易就發生OOM，在JDK7時將常量池遷移出了永生代，改在堆區中實作，jdk8以后使用了本地空間實作，jdk7以后常量池的實作使得在常量池中創建物件可以進行淺拷貝，也就是不需要把整個物件復制過去，而只需要復制物件的參考即可，避免重復創建物件，如下圖：
觀察這個代碼：
String s = new String(new char[]{'a'});
s.intern();
System.out.println(s=="a");
在jdk6以前創建的是兩個不同的物件，輸出為false；而jdk7以后常量池中并不會創建新的物件，參考的是同個物件，所以輸出是true，
jdk6之前使用intern創建物件使用的深拷貝，而在jdk7之后使用的是淺拷貝，得以重復利用堆區中的String物件，
通過上面的分析，String真正重復利用字串是在使用雙引號直接創建字串時，使用intern方法雖然可以回傳常量池中的字串參考，但是本身已經需要堆區中的一個String物件，因而我們可以得出結論：
盡量使用雙引號顯式構建字串；如果一個字串需要頻繁被重復利用，可以呼叫intern方法將他存放到常量池中，
字串拼接
字串操作最多的莫過于字串拼接了，由于String物件的不可變性，如果每次拼接都需要創建新的字串物件就太影響性能了，因此，官方推出了兩個類： StringBuffer、StringBuilder ，這兩個類可以在不創建新的String物件的前提下拼裝字串、修改字串，如下代碼：
StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder("abc");
stringBuilder.append("p")
.append(new char[]{'q'})
.deleteCharAt(2)
.insert(2,"abc");
String s = stringBuilder.toString();
拼接、插入、洗掉都可以很快速地完成，因此，使用StringBuilder進行修改、拼接等操作來初始化字串是更加高效率的做法，StringBuffer和StringBuilder的介面一致，但StringBuffer對操作方法都加上了synchronize關鍵字，保證執行緒安全的同時，也付出了對應的性能代價，單執行緒環境下更加建議使用StringBuilder，
拼接、修改等操作來初始化字串時使用StringBuilder和StringBuffer可以提高性能；單執行緒環境下使用StringBuilder更加合適，
一般情況下，我們會使用+來連接字串，+在java經過了運算子多載，可以用來拼接字串，編譯器也對+進行了一系列的優化，觀察下面的代碼：
String s1 = "ab"+"cd"+"fg";
String s2 = "hello"+s1;
Object object = new Object();
String s3 = s2 + object;
-
對于s1字串而言，編譯器會把
"ab"+"cd"+"fg"直接優化成"abcdefg"，與String s1 = "abcdefg";是等價的，這種優化也就減少了拼接時產生的消耗，甚至比使用StringBuilder更加高效， -
s2的拼接編譯器會自動創建一個StringBuilder來構建字串，也就相當于以下代碼：
StringBuilder sb = new StringBuilder(); sb.append("hello"); sb.append(s1); String s2 = sb.toString();那么這是不是意味著我們可以不需要顯式使用StringBuilder了，反正編譯器都會幫助我們優化？當然不是，觀察下邊的代碼：
String s = "a"; for(int i=0;i<=100;i++){ s+=i; }這里有100次回圈，則會創建100個StringBuilder物件，這顯然是一個非常錯誤的做法，這時候就需要我們來顯示創建StringBuilder物件了：
StringBuilder sb = new StringBuilder("a"); for(int i=0;i<=100;i++){ sb.append(i); } String s = sb.toString();只需要構建一個StringBuilder物件，性能就極大地提高了，
-
String s3 = s2 + object;字串拼接也是支持直接拼接一個普通的物件，這個時候會呼叫該物件的toString方法回傳一個字串來進行拼接，toString方法是Object類的方法，若子類沒有重寫，則會呼叫Object類的toString方法，該方法默認輸出類名+參考地址，這看起來沒有什么問題，但是有一個大坑：切記不要在toString方法中直接使用+拼接自身 ，如下代碼@Override public String toString() { return this+"abc"; }這里直接拼接this會呼叫this的toString方法，從而造成了無限遞回，
Java對+拼接字串進行了優化：
- 可以直接拼接普通物件
- 字面量直接拼接會合成一個字面量
- 普通拼接會使用StringBuilder來進行優化
但同時也有注意這些優化是有限度的，我們需要在合適的場景選擇合適的拼接方式來提高性能，
編碼問題
在Java中，一般情況下，一個char物件可以存盤一個字符，一個char的大小是16位，但隨著計算機的發展，字符集也在不斷地發展，16位的存盤大小已經不夠用了，因此拓展了使用兩個char，也就是32位來存盤一些特殊的字符，如emoij，一個16位稱為一個 代碼單元 ，一個字符稱為 代碼點 ，一個代碼點可能占用一個代碼單元，也可能是兩個，
在一個字串中，當我們呼叫String.length() 方法時，回傳的是代碼單元的數目， String.charAt() 回傳也是對應下標的代碼單元，這在正常情況下并沒有什么問題，而如果允許輸入特殊字符時，這就有大問題了，要獲得真正的代碼點數目，可以呼叫 String .codePointCount 方法；要獲得對應的代碼點，可呼叫 String.codePointAt 方法，以此來兼容拓展的字符集，
一個字符為一個代碼點，一個char稱為一個代碼單元，一個代碼點可能占據一個或兩個代碼單元，若允許輸入特殊字符，則必須使用代碼點為單位來操作字串，
總結
到此，關于String的一些重點問題就分析完畢了，文章開頭的問題讀者應該也都知道答案了，這些是面試常考題，也是String的重點，除此之外，關于正則運算式、輸入與輸出、常用api等等也是String相關很重要的內容，有興趣的讀者可自行學習，
希望文章對你有幫助，
參考資料
- 《Java編程思想》 java工程師皆知的神書，詳細講解了如何更好運用java來編程，感受編程思想，
- 《Java核心技術卷一》 入門書籍，主要講解如何使用String的api以及一些注意的點，
- 《深入理解JVM》對于理解方法區以及常量池有非常大的幫助，
- 深入決議String#intern美團技術團隊的一篇分析String.intern方法的文章，
- 感謝網路其他博客的貢獻，
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標籤：Java
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