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前言
相信作为 JAVAER，平时编码时使用最多的必然是 String 字符串，而相信应该存在不少人对于 String 的 api 很熟悉了，但没有看过其源码实现，其实我个人觉得对于 api 的使用，最开始的阶段是看其官方文档，而随着开发经验的积累，应当尝试去看源码实现，这对自身能力的提升是至关重要的。当你理解了源码之后，后面对于 api 的使用也会更加得心应手！
备注：以下记录基于 jdk8 环境
String 只是一个类
String 其实只是一个类，我们大致可以从以下几个角度依次剖析它：
类继承关系
类成员变量
类构造方法
类成员方法
相关静态方法
继承关系
从 IDEA 自带插件导出 String 的 UML 类图如下:
从图中马上可以看出，String 实现了接口 Serializable，Comparable，CharSequence，简单介绍一下这三个接口的作用：
Serializable : 实现该接口的类将具备序列化的能力，该接口没有任何实现，仅仅是一直标识作用。
Comparable：实现此接口的类具备比较大小的能力，比如实现此接口的对象的列表（和数组）可以由 Collections 类的静态方法 sort 进行自动排序。
CharSequence：字符序列统一的我接口。提供字符序列通用的操作方法，通常是一些只读方法，许多字符相关的类都实现此接口，以达到对字符序列的操作，比如：String，StringBuffer 等。
String 类定义如下：
public final class String
implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence{
…
}
由 final 修饰符可知，String 类是无法被继承，不可变类。
类成员变量
这里主要介绍最关键的一个成员变量 value[]，其定义如下：
/** The value is used for character storage. */
private final char value[];
String 是一个字符串，由字符 char 所组成，因此实际上 String 内部其实就是一个字符数组，用 value[] 表示，注意这里的 value[] 是用 final 修饰的，表示该值是不允许修改的。
类构造方法
String 有很多重载的构造方法，介绍如下：
空参数构造方法，初始化字符串实例，默认为空字符, 理论上不需要用到这个构造方法，实际上定义一个空字符 String = “” 就会初始化一个空字符串的 String 对象，而此构造方法，也是把空字符的 value[] 拷贝一遍而已，源码实现如下：
public String() {
this.value = “”.value;
}
通过一个字符串参数构造 String 对象，实际上 将形参的 value 和 hash 赋值给实例对象作为初始化，相当于深拷贝了一个形参 String 对象，源码如下：
public String(String original) {
this.value = original.value;
this.hash = original.hash;
}
通过字符数组去构建一个新的 String 对象，这里使用 Arrays.copyOf 方法拷贝字符数组
public String(char value[]) {
this.value = Arrays.copyOf(value, value.length);
}
在源字符数组基础上，通过偏移量 (起始位置) 和字符数量，截取构建一个新的 String 对象。
public String(char value[], int offset, int count) {
// 如果偏移量小于 0，则抛出越界异常
if (offset < 0) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(offset);
}
if (count <= 0) {
// 如果字符数量小于 0，则抛出越界异常
if (count < 0) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(count);
}
// 在截取的字符数量为 0 的情况下，偏移量在字符串长度范围内，则返回空字符
if (offset <= value.length) {
this.value = “”.value;
return;
}
}
// Note: offset or count might be near -1>>>1.
// 如果偏移量大于字符总长度 - 截取的字符长度，则抛出越界异常
if (offset > value.length – count) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(offset + count);
}
// 使用 Arrays.copyOfRange 静态方法，截取一定范围的字符数组，从 offset 开始，长度为 offset+count，赋值给当前实例的字符数组
this.value = Arrays.copyOfRange(value, offset, offset+count);
}
在源整数数组的基础上，通过偏移量 (起始位置) 和字符数量，截取构建一个新的 String 对象。这里的整数数组表示字符对应的 ASCII 整数值
public String(int[] codePoints, int offset, int count) {
// 如果偏移量小于 0，则抛出越界异常
if (offset < 0) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(offset);
}
if (count <= 0) {
// 如果字符数量小于 0，则抛出越界异常
if (count < 0) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(count);
}
// 在截取的字符数量为 0 的情况下，偏移量在字符串长度范围内，则返回空字符
if (offset <= codePoints.length) {
this.value = “”.value;
return;
}
}
// Note: offset or count might be near -1>>>1.
如果偏移量大于字符总长度 - 截取的字符长度，则抛出越界异常
//if (offset > codePoints.length – count) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(offset + count);
}
final int end = offset + count;
// 这段逻辑是计算出字符数组的精确大小 n, 过滤掉一些不合法的 int 数据
int n = count;
for (int i = offset; i < end; i++) {
int c = codePoints[i];
if (Character.isBmpCodePoint(c))
continue;
else if (Character.isValidCodePoint(c))
n++;
else throw new IllegalArgumentException(Integer.toString(c));
}
// 按照上一步骤计算出来的数组大小初始化数组
final char[] v = new char[n];
// 遍历填充字符数组
for (int i = offset, j = 0; i < end; i++, j++) {
int c = codePoints[i];
if (Character.isBmpCodePoint(c))
v[j] = (char)c;
else
Character.toSurrogates(c, v, j++);
}
// 赋值给当前实例的字符数组
this.value = v;
}
通过源字节数组，按照一定范围，从 offset 开始截取 length 个长度，初始化 String 实例，同时可以指定字符编码。
public String(byte bytes[], int offset, int length, String charsetName)
throws UnsupportedEncodingException {
// 字符编码参数为空，抛出空指针异常
if (charsetName == null)
throw new NullPointerException(“charsetName”);
// 静态方法 检查字节数组的索引是否越界
checkBounds(bytes, offset, length);
// 使用 StringCoding.decode 将字节数组按照一定范围解码为字符串，从 offset 开始截取 length 个长度
this.value = StringCoding.decode(charsetName, bytes, offset, length);
}
与第 6 个构造相似，只是编码参数重载为 Charset 类型
public String(byte bytes[], int offset, int length, Charset charset) {
if (charset == null)
throw new NullPointerException(“charset”);
checkBounds(bytes, offset, length);
this.value = StringCoding.decode(charset, bytes, offset, length);
}
通过源字节数组，构造一个字符串实例，同时指定字符编码, 具体实现其实是调用第 6 个构造器，起始位置为 0，截取长度为字节数组长度
public String(byte bytes[], String charsetName)
throws UnsupportedEncodingException {
this(bytes, 0, bytes.length, charsetName);
}
通过源字节数组，构造一个字符串实例，同时指定字符编码, 具体实现其实是调用第 7 个构造器，起始位置为 0，截取长度为字节数组长度
public String(byte bytes[], Charset charset) {
this(bytes, 0, bytes.length, charset);
}
通过源字节数组，按照一定范围，从 offset 开始截取 length 个长度，初始化 String 实例，与第六个构造器不同的是，使用系统默认字符编码
public String(byte bytes[], int offset, int length) {
// 检查索引是否越界
checkBounds(bytes, offset, length);
// 使用系统默认字符编码解码字节数组为字符数组
this.value = StringCoding.decode(bytes, offset, length);
}
通过源字节数组，构造一个字符串实例，使用系统默认编码, 具体实现其实是调用第 10 个构造器，起始位置为 0，截取长度为字节数组长度
public String(byte bytes[]) {
this(bytes, 0, bytes.length);
}
将 StringBuffer 构建成一个新的 String, 比较特别的就是这个方法有 synchronized 锁 同一时间只允许一个线程对这个 buffer 构建成 String 对象, 是线程安全的
public String(StringBuffer buffer) {
// 对当前 StringBuffer 对象加同步锁
synchronized(buffer) {
// 拷贝 StringBuffer 字符数组给当前实例的字符数组
this.value = Arrays.copyOf(buffer.getValue(), buffer.length());
}
}
将 StringBuilder 构建成一个新的 String, 与第 12 个构造器不同的是，此构造器不是线程安全的
public String(StringBuilder builder) {
this.value = Arrays.copyOf(builder.getValue(), builder.length());
}
类成员方法
获取字符串长度，实际上是获取字符数组长度
public int length() {
return value.length;
}
判断字符串是否为空，实际上是盼复字符数组长度是否为 0
public boolean isEmpty() {
return value.length == 0;
}
根据索引参数获取字符
public char charAt(int index) {
// 索引小于 0 或者索引大于字符数组长度，则抛出越界异常
if ((index < 0) || (index >= value.length)) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(index);
}
// 返回字符数组指定位置字符
return value[index];
}
根据索引参数获取指定字符 ASSIC 码(int 类型)
public int codePointAt(int index) {
// 索引小于 0 或者索引大于字符数组长度，则抛出越界异
if ((index < 0) || (index >= value.length)) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(index);
}
// 返回索引位置指定字符 ASSIC 码(int 类型)
return Character.codePointAtImpl(value, index, value.length);
}
返回 index 位置元素的前一个元素的 ASSIC 码(int 型)
public int codePointBefore(int index) {
// 获得 index 前一个元素的索引位置
int i = index – 1;
// 检查索引是否越界
if ((i < 0) || (i >= value.length)) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(index);
}
return Character.codePointBeforeImpl(value, index, 0);
}
方法返回的是代码点个数，是实际上的字符个数, 功能类似于 length()，对于正常的 String 来说，length 方法和 codePointCount 没有区别，都是返回字符个数。但当 String 是 Unicode 类型时则有区别了。例如：String str =“/uD835/uDD6B”(即使 ‘Z’), length() = 2 ,codePointCount() = 1
public int codePointCount(int beginIndex, int endIndex) {
if (beginIndex < 0 || endIndex > value.length || beginIndex > endIndex) {
throw new IndexOutOfBoundsException();
}
return Character.codePointCountImpl(value, beginIndex, endIndex – beginIndex);
}
也是相对 Unicode 字符集而言的，从 index 索引位置算起，偏移 codePointOffset 个位置，返回偏移后的位置是多少，例如，index = 2 ,codePointOffset = 3，maybe 返回 5
public int offsetByCodePoints(int index, int codePointOffset) {
if (index < 0 || index > value.length) {
throw new IndexOutOfBoundsException();
}
return Character.offsetByCodePointsImpl(value, 0, value.length,
index, codePointOffset);
}
这是一个不对外的方法，是给 String 内部调用的，因为它是没有访问修饰符的，只允许同一包下的类访问 参数：dst[]是目标数组，dstBegin 是目标数组的偏移量，既要复制过去的起始位置(从目标数组的什么位置覆盖) 作用就是将 String 的字符数组 value 整个复制到 dst 字符数组中，在 dst 数组的 dstBegin 位置开始拷贝
void getChars(char dst[], int dstBegin) {
System.arraycopy(value, 0, dst, dstBegin, value.length);
}
得到 char 字符数组，原理是 getChars() 方法将一个字符串的字符复制到目标字符数组中。参数：srcBegin 是原始字符串的起始位置，srcEnd 是原始字符串要复制的字符末尾的后一个位置 (既复制区域不包括 srcEnd) dst[] 是目标字符数组，dstBegin 是目标字符的复制偏移量，复制的字符从目标字符数组的 dstBegin 位置开始覆盖。
public void getChars(int srcBegin, int srcEnd, char dst[], int dstBegin) {
if (srcBegin < 0) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(srcBegin);
}
if (srcEnd > value.length) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(srcEnd);
}
if (srcBegin > srcEnd) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(srcEnd – srcBegin);
}
System.arraycopy(value, srcBegin, dst, dstBegin, srcEnd – srcBegin);
}
获取字符串的字节数组，按照指定字符编码将字符串解码为字节数组
public byte[] getBytes(String charsetName)
throws UnsupportedEncodingException {
if (charsetName == null) throw new NullPointerException();
return StringCoding.encode(charsetName, value, 0, value.length);
}
获取字符串的字节数组，按照指定字符编码将字符串解码为字节数组
public byte[] getBytes(Charset charset) {
if (charset == null) throw new NullPointerException();
return StringCoding.encode(charset, value, 0, value.length);
}
获取字符串的字节数组，按照系统默认字符编码将字符串解码为字节数组
public byte[] getBytes() {
return StringCoding.encode(value, 0, value.length);
}
简单的总结
String 被 修饰符 final 修饰，是无法被继承的，不可变类
String 实现 Serializable 接口，可以被序列化
String 实现 Comparable 接口，可以用于比较大小
String 实现 CharSequence 接口，表示一直有序字符序列，实现了通用的字符序列方法
String 是一个字符序列，内部数据结构其实是一个字符数组，所有的操作方法都是围绕这个字符数组的操作。
String 中频繁使用到了 System 类的 arraycopy 方法，目的是拷贝字符数组
最后
由于篇幅原因，String 第一篇总结先到这里，后续部分将写另外写一遍记录，会第一时间推送公众号【张少林同学】，欢迎关注！
