說明：本文是閱讀《Java程式效能優化》（作者：葛一明）一書中關於substring方法記憶體溢位一節的筆記。

一、String物件及其特點

1、在C語言中對字串的處理通常是採用char陣列，但是對於陣列本身來說，它無法封裝字串操作的一些基本方法，所以在Java中，String物件可以看成是char陣列的一種封裝。Java中陣列的基本實現如下圖，主要由char陣列、偏移量和String的長度這三部分組成，其中char陣列表示的是String的內容，它是String物件所表示的字串的超集，而String的真實內容就是由這個偏移量和長度在這個char陣列中進行定位和擷取。理解了這點，就能更好的理解為什麼substring方法可能會導致記憶體溢位。

2、不變性與不變模式

String物件一旦生成，則不能被改變。該特性可以泛化成不變模式，即一個物件的狀態在物件被建立之後就不再發生變化。該模式主要用於多執行緒共享物件，可以省略同步或鎖等待的時間，從而提高效能。

3、針對常量池的優化

當兩個String物件擁有相同的值時，它們只引用常量池中的同一個拷貝。如下圖所示，str1和str2引用了相同的地址，但str3卻重新開闢了一塊記憶體空間，但是str3在常量池中的位置和str1是一樣的，也就是說，str3雖然單獨佔用了堆空間，但它指向的實體和str1完全一樣。而使用intern()方法就可以返回String物件在常量池中的引用。

4、類的final定義

final定義的String類使得該類不能有任何子類，保護了系統的安全，同時，在JDK1.5之前，使用final定義有助於幫助虛擬機器尋找機會，內聯所有的final方法，從而提高系統效率；在JDK1.5之後，這種優化的效果並不明顯。

二、substring方法與記憶體溢位

1、Java中Stirng類的substring方法用於擷取子字串，該方法有兩個定義：

• public Stirng substring(int beginIndex)
• public String substring(int beginIndex, int endIndex)

以第二個方法為例，在JDK6中該方法的實現如下圖：

在方法的最後，使用了String類中如下圖所示的一個建構函式新建了一個String物件作為返回:

注意這個建構函式的定義與在建構函式之上的註釋語句，這是一個包作用域的建構函式，其目的是為了高效而快速的共享String內的char陣列。但是這種通過偏移量來擷取字串的方法使得String的原生內容value陣列被複制到新的子字串中，如果原生字串很大，擷取的字串長度卻很短，那麼擷取的子字串中包含了原生字串的所有內容，並佔據了相應的記憶體空間，而僅僅通過偏移量和長度來決定子字串的實際內容，這雖然提高了運算速度卻浪費了大量的記憶體空間，所以說這個建構函式使用了以空間換取時間的策略，但是這有可能就會導致記憶體溢位。

2、例項演示substring方法導致記憶體溢位

如下程式碼所示，當在main方法中執行的是strA.getSub(1, 5)時，在我的機器上執行時就出現了“Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space”的異常資訊，跟蹤記憶體和GC情況可以發現程式佔用的記憶體不斷擴大，直到溢位，雖然垃圾收集器不停的工作，但是每次回收的內容很小。如果沒有出現該資訊，可以試著加大for迴圈的迴圈次數。而同樣的迴圈次數，對於執行的是strB.getSub(1, 5)時就不會出現該異常資訊，跟蹤記憶體和GC情況可以發現垃圾收集器每次總能將系統的記憶體消耗量釋放到初始狀態。

public class SubstringOOM {

	private static class StrA {
		// 指定了String物件中的char陣列以及長度等資訊，這裡使用的長度是100000，說明String的原生內容很長
		private String str = new String(new char[100000]);
		
		// 使用了有可能導致記憶體溢位的建構函式來擷取子字串
		public String getSub(int begin, int end) {
			return str.substring(begin, end);
		}
	}
	
	private static class StrB {
		// 指定了String物件中的char陣列以及長度等資訊，這裡使用的長度是100000，說明String的原生內容很長，與StrA中一樣
		private String str = new String(new char[100000]);
		
		// 雖然使用了有可能導致記憶體溢位的建構函式來擷取子字串，但是重新生成了String物件
		public String getSub(int begin, int end) {
			return new String(str.substring(begin, end));
		}
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		List<String> strList = new ArrayList<String>();
		
		for (int i = 0; i < 10000; i++) {
			StrA strA = new StrA();
			StrB strB = new StrB();
			strList.add(strA.getSub(1, 5));
		}
	}
}

3、關於substring方法中使用的String類建構函式

從前面的分析中知道了substring方法有可能導致記憶體溢位是因為它使用了一個包內私有的建構函式生成了新的String物件，包內私有就是說我們的應用程式是不能使用它的，所以在實際使用中，不必擔心，但是應該瞭解java.lang包內的物件對它的呼叫是否會引起記憶體溢位。比如在JDK6中Integer類的toString(int i)方法中就使用了該建構函式，所以這些方法都有可能和substring方法一樣存在記憶體洩漏的問題。