String作為我們使用最頻繁的一種物件型別，其效能問題是最容易被忽略的。作為Java中重要的資料型別，是記憶體中佔據空間比較大的一個物件。如何高效地使用字串，可以幫助我們提升系統的整體效能。

　　現在，我們就從String物件的實現、特性以及實際使用中的優化這幾方面來入手，深入理解以下String的效能優化。

　　在這之前，首先看一個問題。通過三種方式建立三個物件，然後依次兩兩匹配，得出的結果是什麼？答案留到最後揭曉。

String str1 = "abc";
String str2 = new String("abc");
String str3 = str2.intern();
System.out.println(str1 == str2);
System.out.println(str2 == str3);
System.out.println(str1 == str3);

　　String物件是如何實現的？

　　Java中對String物件做了大量的優化，以此來節約記憶體空間，提升String物件的效能。下圖是Java6 -> Java9 String物件屬性的變化：

　　可以看到，String的屬性有了以下的變化：

• 在Java6及以前的版本中，String物件是對char陣列進行了封裝實現的物件，主要有：char陣列、偏移量offset、字元數量count、雜湊值hash。String物件通過offset和count屬性來定位char陣列，獲取字串。這樣做可以高效快速地共享陣列物件，能節省記憶體空間，但容易出現記憶體洩漏。
  
• 從Java7到Java8版本，Java對String做了一些改變。String類中不再有offset和count兩個屬性了。這樣做可以使String物件佔用的記憶體減少，並且String.substring方法也不再共享char[]，解決了可能出現的記憶體洩漏的問題。
  
• 從Java9版本開始，將char[]改成了byte[]，並增加了新屬性coder，coder是一個編碼格式的標識。

　　為什麼要這麼改呢？

　　我們知道，一個char字元佔16位，2個位元組。這種情況下儲存單位元組的字元就很容易浪費了。JDK1.9的String類為了節省記憶體空間，就使用了佔8位，1個位元組的byte陣列來儲存字串。

　　coder屬性的作用是：在計算字串長度或者使用indexOf()時，需要根據這個欄位，判斷如何計算字串的長度。coder屬性值預設有0和1兩個值，0代表Latin-1(單位元組編碼)，1代表UTF-16。如果String判斷字串只包含Latin-1，則coder值取0，反之為1。

　　String物件的不可變性

　　如果看過String的原始碼，就會發現，String類是被final關鍵字修飾的，且變數char陣列也被final修飾。

　　一個類被final修飾代表著該類不可繼承，char[]被private和final修飾著，代表String物件不可被更改。這就叫做String物件的不可變性。即如果String物件一旦建立成功了，就不能再對它進行改變。

　　這樣做的好處在哪裡？　　

　　第一、保證了String物件的安全性。假設String物件是可變的，那麼String物件就會被惡意修改。

　　第二.、保證hash屬性值不會頻繁變更，確保了唯一性。使得類似HashMap容器才能實現相應的key-value快取功能。

　　第三、可以實現字串常量池。Java中，通常有2種建立字串物件的方式，一種是通過字串常量的方式建立，如String str = "abc"；另一種是字串常量通過new形式的建立，如String str = new String("abc")。

　　當代碼中使用第一種方式建立字串物件時，JVM首先檢查該物件是否在字串常量池中，如果在就返回該物件的引用，否則新的字串將在常量池中建立。這種方式可以減少同一個值的字串物件的重複建立，節約記憶體。

　　第二種方式，首先在編譯類檔案時，"abc"常量字串將會放入到常量結構中，在類載入時，"abc"會在常量池中建立；然後呼叫new時，JVM命令將會呼叫String的建構函式，同時引用常量池的"abc"字串，在堆記憶體中建立一個String物件，最後str引用String物件。

　　String物件的優化

　　1.如何構建超大字串

　　程式設計過程中字串的拼接很常見。如果使用String物件相加，拼接我們想要的字串，會不會產生多個物件呢？比如說以下程式碼：

String str = "ab" + "cd" + "ef";

　　分析程式碼可知：首先會生成ab物件，再生成abcd物件，最後生成abcdef物件。理論上說，程式碼很低效。

　　但實際上，會發現只有一個物件生成，這是為什麼呢？編譯時編譯器會自動幫我們優化程式碼，使得最後只得出一個物件“abcdef”。

　　再來看看，如果進行字串常量的累計，又會出現什麼結果？

String str = "abcdef";
for (int i = 0; i < 100; i++) {
   str = str + i;
 }

　　上面的程式碼編譯後，編譯器同樣對程式碼進行了優化，在進行字串拼接時，偏向使用StringBuilder，這樣可以提升效率。上面的程式碼變成了下面這樣：

String str = "abcdef";
for (int i = 0; i < 100; i++) {
  str = (new StringBuilder(String.valueOf(str))).append(i).toString();
}

　　總結：即使使用+號作為字串的拼接，一樣可以被編譯器優化成StringBuilder的方式。但如果每次迴圈都生成一個新的StringBuilder例項，同樣會降低系統的效能。所以平時做字串拼接的時候，建議還是顯示使用StringBuilder來提升效能。在多執行緒程式設計時，String物件的拼接涉及到了執行緒安全，可以使用StringBuffer。但由於StringBuffer是執行緒安全的，涉及到鎖競爭，所以就效能上來說會比StringBuilder差些。

　　2.如何使用String.intern節省記憶體？

　　對於一些資料，資料量非常大，但同時又有大部分重合的，該如何處理呢？

　　具體做法是，每次賦值的時候使用String的intern方法，如果常量池中有相同值，就會重複使用該物件，返回物件的引用，這樣一開始的物件就可以被回收掉了，這樣的話資料量就會大幅度降低了。

　　我們再來看一個例子：

String a = new String("abc").intern();
String b = new String("abc").intern(); 
if (a == b) {
   System.out.println("a == b");
}

　　輸出結果是： a == b

　　在字串常量池中，預設會將物件放入常量池；在字串變數中，物件總是建立在堆記憶體的，同時也會在常量池中建立一個字串物件，複製到堆記憶體物件中，並返回堆記憶體物件引用。

　　如果呼叫intern方法，會去檢視字串常量池中是否有等於該物件的字串，如果沒有，就會在常量池中新增該物件，並返回該物件引用；如果有則返回常量池中的字串引用。堆記憶體中原有的物件由於沒有引用指向它，將會通過垃圾回收器回收。

　　3.如何使用字串的分割方法？

　　spilt()方法使用了正則表示式實現了強大的分割功能，而正則表示式的效能是非常不穩定的，使用不當會引起回溯問題，很可能導致CPU居高不下。

　　所以要慎重使用spilt方法，我們可以用String.indexOf()方法代替spilt()方法完成字串的分割，如果實在無法滿足需求，就在使用spilt方法時，對回溯問題加以重視就可以了。

　　總結

　　通過上面的敘述，我們認識到了做好String字串效能的優化，可以提升整個系統的效能。在這個理論基礎上，Java版本在迭代中不斷更改成員變數，節約記憶體空間，對String效能進行了優化。

　　我們還提到了String物件的不可變性，正是這個特性實現了字串常量池，通過減少同一個值的字串物件的重複建立，進一步節約記憶體。也是因為這個特性，我們在做長字串的拼接時，需要顯示使用StringBuilder，以提升字串的拼接效能。最後在優化方面，我們還可以使用intern方法，讓變數字串物件重複使用常量池中相同值的物件，進而節約記憶體。

　　最後，公佈上面那道題的結果：

　　false、false、true。

　　其中， String str1 = “abc”；通過字面量的方式建立，abc儲存於字串常量池中；

　　String str2 = new String("abc")；通過new物件的方式建立字串物件，引用地址存放在堆記憶體中，abc則存放在字串常量池中，所以為false；

　　String str3 = str2.intern()；由於呼叫了intern()方法，會返回常量池中的資料，str3此時就指向常量池中的abc，和str1的方式一樣，所以為true；

以上就是本文的全部內容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支援我們。