Spring常用API：Spring类及相关面试点

清粥为伴
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一、String类简介

在API中是这样描述： String 类代表字符串。Java 程序中的所有字符串字面值（如 "abc" ）都作为此类的实例实现。字符串是常量；它们的值在创建之后不能更改。字符串缓冲区支持可变的字符串。因为 String 对象是不可变的，所以可以共享。

1.String类图

1.png

String类实现了三个接口，分别是Serializable，Compareable，CharSequence。

对于Serializable接口中，并没有需要实现的方法，该接口只是用于表示可以序列化。

对于Compareable接口中，只有一个方法public int compareTo(T o); 这个方法主要是用于比较的。

对于CharSequence，它是一个描述字符串结构的接口，里面定义了字符串的最基本的操作

2.分析Srting源码

/** String的属性值 */  
    private final char value[];

    /** The offset is the first index of the storage that is used. */
    /**数组被使用的开始位置**/
    private final int offset;

    /** The count is the number of characters in the String. */
    /**String中元素的个数**/
    private final int count;

    /** Cache the hash code for the string */
   /**String类型的hash值**/
    private int hash; // Default to 0

    /** use serialVersionUID from JDK 1.0.2 for interoperability */
    private static final long serialVersionUID = -6849794470754667710L;
    /**
     * Class String is special cased within the Serialization Stream         Protocol.
     *
     * A String instance is written into an ObjectOutputStream according to
     * <a href="{@docRoot}/../platform/serialization/spec/output.html">
     * Object Serialization Specification, Section 6.2, "Stream Elements"</a>
     */

　　private static final ObjectStreamField[] serialPersistentFields =
        new ObjectStreamField[0];
  1. 从源码看出，字符串效果上相当于是char[]字符数组，但是String底层原理是byte[]字节数组来维护的。
  2. 从成员变量看出，String类的值是final类型的，是不能改变的，所以字符串是可以共享使用的。
  3. 从源码看出，只要一个值改变就会生成一个新的String类型对象，存储String数据也不一定从数组的第0个元素开始的，而是从offset所指的元素开始。

3.String的构造方法

  • String( ) 初始化一个新创建的 String 对象，使其表示一个空字符序列。

  • String(byte[] bytes) 通过使用平台的默认字符集解码指定的 byte 数组，构造一个新的 String。

  • String(byte[] bytes, Charset charset) 通过使用指定的 charset 解码指定的 byte 数组，构造一个新的 String。

  • String(byte[] bytes, int offset, int length) 通过使用平台的默认字符集解码指定的 byte 子数组，构造一个新的 String。

  • String(byte[] bytes, int offset, int length, Charset charset) 通过使用指定的 charset 解码指定的 byte 子数组，构造一个新的 String。

  • String(byte[] bytes, int offset, int length, String charsetName) 通过使用指定的字符集解码指定的 byte 子数组，构造一个新的 String。

  • String(byte[] bytes, String charsetName) 通过使用指定的 charset 解码指定的 byte 数组，构造一个新的 String。

  • String(char[] value) 分配一个新的 String，使其表示字符数组参数中当前包含的字符序列。

  • String(char[] value, int offset, int count) 分配一个新的 String，它包含取自字符数组参数一个子数组的字符。

  • String(int[] codePoints, int offset, int count) 分配一个新的 String，它包含 Unicode 代码点数组参数一个子数组的字符。

  • String(String original) 初始化一个新创建的 String 对象，使其表示一个与参数相同的字符序列；换句话说，新创建的字符串是该参数字符串的副本。

  • String(StringBuffer buffer) 分配一个新的字符串，它包含字符串缓冲区参数中当前包含的字符序列。

  • String(StringBuilder builder) 分配一个新的字符串，它包含字符串生成器参数中当前包含的字符序列。

4.String类实例化和内存解析

4.1直接赋值法实例化String对象

直接赋值方式创建对象是在方法区的常量池

需要注意的是，字符串常量池的位置在 JDK 1.7 有所变化：

  • JDK 1.7 之前，字符串常量池存在于常量存储（Constant storage）中

  • JDK 1.7 之后，字符串常量池存在于堆内存（Heap）中

5.png 2.png

  • str1在堆内存上创建新的String对象，由于是直接赋值的方式，该String对象被加入JVM的"对象池"中，而后str2，str3再通过直接赋值的方式访问相同的字符串对象"hello"，访问到的都是"对象池"中由str1创建的那个String对象，此时三个引用指向的是同一个String对象，因此"=="的结果都为true。

4.2通过new构造方法（）实例化String对象

通过构造方法创建字符串对象是在堆内存

3.png

  • 由于"hello"(字符串字面值常量/String的匿名对象)也是一个String对象，因此，JVM会现在堆内存空间上创建一个"hello"字符串，再将这个字符串复制一份并由str指向，这就导致出现了垃圾空间，会被JVM自动回收，并且如果采用构造方法的话，也不会将该字符串对象加入到JVM的"字符串常量池"中，导致字符串共享问题。
为了解决"字符串共享"问题，可以使用String类的intern方法将以构造方法方式创建的String对象手动加入到"字符串常量池"中。(采用构造方法方式实例化时默认不会将该String对象入池)

4.png

4.3总结

  • 直接赋值方法：只会开辟一块堆内存空间，并且该字符串对象可以自动保存在对象池中以供下次使用。
  • new构造（）方法：会开辟两块堆内存空间，其中一块成为垃圾空间，默认不会自动保存在对象池中，可以使用intern()方法手工入池。

  • 总结：使用构造方法实例化对象，即便是使用了intern()方法手动入池，但仍无法解决垃圾空间的问题，因此，一般采用直接赋值的方式创建String对象。

4.4避免空指向

“==” 在对字符串比较的时候，对比的是内存地址； equals()方法比较的是字符串内容。

  • equals()方法通过接受参数，可以避免空指向。
String str = null;
　　　　　　if(str.equals("hello")){//此时会出现空指向异常
　　　　　　　　...
　　　　　　}
　　　　　　if("hello".equals(str)){//此时equals会处理null值，可以避免空指向异常
　　　　　　　　　...
　　　　　　}

二、String类的常用方法

获取操作

  • int length（） 获取字符串的长度；

  • char charAt(int index) 获取指定索引处的字符；

  • int indexOf(String str) 获取字符串str在字符串对象中出现的位置索引，返回str的第一个字符的索引位置；

  • String substring(int start) 从索引start处开始截取字符串，一直到结尾；

  • String substring(int start, int end) 从索引start（包括start）开始截取字符串，到end（不包括end）结束。

判断操作

  • boolean equals(Object obj) 比较字符串的内容是否相同（区分大小写）；

  • boolean equalsIgnoreCase(String str) 比较字符串的内容是否相同（忽略大小写）；

  • boolean startsWith(String str) 判断字符对象是否以指定的str开头；

  • boolean endsWith(String str) 判断字符对象是否以指定的str结尾；

  • boolean contans（CharSequence cs） 判断此字符串是否包含指定的字符序列；

  • boolean isEmpty（） 当前仅当字符串长度为0是返回true；

转换操作

  • char[] toCharArray() 把字符串转换为一个字符数组；

  • String toLowerCase() 把字符串转换为小写字符；

  • String toUpperCase() 把字符串转换为大写字符；

  • String valueOf（int i） 将int型数转换为字符串；

截取和分割操作

  • String[] split（String regex） 根据参数regex将原来的字符串分割为若干个字符串；

  • String substring(int beginIndex) 截取从索引beginIndex后的所有字符；

  • String substring(beginIndex，endIndex) 截取从beginIndex到endIndex索引之间的字符；

其他方法

  • String trim() 去除字符串两端空格；

  • String replace(char oldChar, char newChar) 返回一个新的字符串，它是通过用 newChar 替换此字符串中出现的所有 oldChar 得到的；

  • boolean matches(String regex) 告知此字符串是否匹配给定的正则表达式 ；

三、String类、StringBuffer类，StringBuilder类

1. StringBuffer和StringBuilder类图

6.png

1.1 可变的 StringBuffer 和 StringBuilder

相同点：

  • StringBuffer 和 StringBulider 都代表可变的字符串对象，都继承于 AbstractStringBuilder这个共同的父类；

  • StringBuffer 和 StringBulider 非常类似，提供相关功能的方法也一样；

异同点：

  • StringBuffer是线程安全的；多线程环境下经常变动的字符串用StringBuffer；方法都使用了synchronized 关键字进行同步。

  • StringBuilderr是非线程安全的；单线程经常变动的字符串用StringBuilder；方法没有用synchronized 关键字进行同步。

1.2 不可变的String和可变的 StringBuffer

String类是不可变类，即一旦一个String对象被创建以后，包含在这个对象中的字符序列是不可改变的，直至这个对象被销毁。

StringBuffer对象则代表一个字符序列可变的字符串，当一个StringBuffer被创建以后，通过StringBuffer提供的append()、insert()、reverse()、setCharAt()、setLength()等方法可以改变这个字符串对象的字符序列。一旦通过StringBuffer生成了最终想要的字符串，就可以调用它的toString()方法将其转换为一个String对象。

1.3 三者之间的区别

image.png

四、常见面试点

（1）String可以被继承吗？

不能被继承，因为String类有final修饰符，而final修饰的类是不能被继承的。

（2）String 为什么设计成不可变，是如何保证不可变的？

在Java中，String类被设计为不可变类，主要表现在它保存字符串的成员变量是final的。

  • Java 9之前字符串采用char[]数组来保存字符，即 private final char[] value ；

  • Java 9做了改进，采用byte[]数组来保存字符，即 private final byte[] value ；

如何保证不可变的？ 在java中考虑到各种因素，需要综合到内存，数据结构以及安全的方面的考虑。

  • 字符串常量池的需要：

当字符串不可变时，字符串常量池才有意义。字符串常量池的出现，可以减少创建相同字面量的字符串，让不同的引用指向池中同一个字符串，为运行时节约很多的堆内存。若字符串可变，字符串常量池失去意义，基于常量池的 String.intern() 方法也失效，每次创建新的字符串将在堆内开辟出新的空间，占据更多的内存。

  • 运行String对象缓存HashCode：

字符串作为基础的数据结构，大量地应用在一些集合容器之中，尤其是一些散列集合，在散列集合中，存放元素都要根据对象的 hashCode() 方法来确定元素的位置。由于字符串 hashcode 属性不会变更，保证了唯一性，使得类似 HashMap、HashSet 等容器才能实现相应的缓存功能。由于String 的不可变，避免重复计算 hashcode ，只要使用缓存的hashcode 即可，这样一来大大提高了在散列集合中使用 String 对象的性能。

  • 线程安全性：

在多线程中，只有不变的对象和值是线程安全的，可以在多个线程中共享数据。由于 String 天然的不可变，当一个线程”修改“了字符串的值，只会产生一个新的字符串对象，不会对其他线程的访问产生副作用，访问的都是同样的字符串数据，不需要任何同步操作。

  • 信息安全：

由于字符串无论在任何 Java 系统中都广泛使用，会用来存储敏感信息，如账号，密码，网络路径，文件处理等场景里，保证字符串 String 类的安全性就尤为重要了，如果字符串是可变的，容易被篡改，那我们就无法保证使用字符串进行操作时，它是安全的，很有可能出现 SQL 注入，访问危险文件等操作。

（3）说一说你对字符串拼接的理解！

1.采用“+” 运算符拼接字符串时：

如果拼接的都是字符串是直接常量，则在编译时编译器会将其直接优化为一个完整的字符串，和你直接写一个完整的字符串是一样的，所以效率非常的高。

如果拼接的字符串中包含变量，则在编译时编译器采用StringBuilder对其进行优化，即自动创建StringBuilder实例并调用其append()方法，将这些字符串拼接在一起，效率也很高。但如果这个拼接操作是在循环中进行的，那么每次循环编译器都会创建一个StringBuilder实例，再去拼接字符串，相当于执行了 new StringBuilder().append(str) ，此时效率很低。

String chenmo = "沉默";
String wanger = "王二";

System.out.println(chenmo + wanger);

2.采用StringBuilder/StringBuffer拼接字符串时：

StringBuilder/StringBuffer都有字符串缓冲区，缓冲区的容量在创建对象时确定，并且默认为16。当拼接的字符串超过缓冲区的容量时，会触发缓冲区的扩容机制，即缓冲区加倍。

缓冲区频繁的扩容会降低拼接的性能，所以如果能提前预估最终字符串的长度，则建议在创建可变字符串对象时，放弃使用默认的容量，可以指定缓冲区的容量为预估的字符串的长度。

public StringBuilder append(String str) {
    super.append(str);
    return this;
}


public synchronized StringBuffer append(String str) { 
    toStringCache = null; 
    super.append(str); 
    return this; 
}

3.采用String类的concat方法拼接字符串时：

concat方法的拼接逻辑是，先创建一个足以容纳待拼接的两个字符串的字节数组，然后先后将两个字符串拼到这个数组里，最后将此数组转换为字符串。

在拼接大量字符串的时候，concat方法的效率低于StringBuilder。但是只拼接2个字符串时，concat方法的效率要优于StringBuilder。并且这种拼接方式代码简洁，所以只拼2个字符串时建议优先选择concat方法。

String chenmo = "沉默";
String wanger = "王二";

System.out.println(chenmo.concat(wanger));

4.采用String类的join方法拼接字符串时：

JDK 1.8 提供了一种新的字符串拼接 join方法。

public static String join(CharSequence delimiter, CharSequence... elements) {
    Objects.requireNonNull(delimiter);
    Objects.requireNonNull(elements);
    // Number of elements not likely worth Arrays.stream overhead.
    StringJoiner joiner = new StringJoiner(delimiter);
    for (CharSequence cs: elements) {
        joiner.add(cs);
    }
    return joiner.toString();
}
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