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Data Types

Java 是一门强类型语言,意味着 Java 中的每个变量都申明了类型。Java 中有8种基本数据类型和引用类型。引用类型中 String 类和基本类型的包装类比较重要,它们都是不可变类

基本数据类型

类型
所占空间(byte)
数据范围
默认值
包装类
boolean
1
true和false
false
Boolean
byte
1
[ - 2^7, 2^7 - 1 ]
0
Byte
char
2
Unicode [0, 65535]
u0000
Character
short
2
[ - 2^15, 2^15 - 1 ]
0
Short
int
4
[ - 2^31, 2^31 - 1 ]
0
Integer
float
4
32位 IEEE754 单精度
0.0f
Float
long
8
[ - 2^63, 2^63 - 1 ]
0L
Long
double
8
64位 IEEE754 双精度
0.0
Double
  • Java中的数值类型都是有符号的,不存在无符号的数值类型。
  • Java中还存在一种基本类型void,有对应的包装类Void。

类型的自动转换

类型的强制转换

包装类

Integer

public class Main {
public static void main(String[] args) {
Integer i = 1;
Integer j = new Integer(1);
Integer k = Integer.valueOf(1);
System.out.println(i == j);
System.out.println(j == k);
System.out.println(i == k);
Integer p = 234;
Integer q = 234;
System.out.println(p == q);
Integer m = 3;
Integer n = 3;
System.out.println(m == n);
}
}
false
false
true
false
true
Integer部分源码,借鉴了享元模式,但是没有照搬,内部维护了一个静态的对象池,仅缓存 [-128, 127] 之间的数字,在 JVM 启动时就创建好了:
这也是为什么 String 和 Integer 等不适合做锁,因为很容易使用公有的锁,导致锁竞争激烈
public final class Integer extends Number implements Comparable<Integer> {
public Integer(int value) {
this.value = value;
}
public static Integer valueOf(int i) {
if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
return new Integer(i);
}
private static class IntegerCache {
static final int low = -128;
static final int high;
static final Integer cache[];
static {
// high value may be configured by property
int h = 127;
String integerCacheHighPropValue =
sun.misc.VM.getSavedProperty("java.lang.Integer.IntegerCache.high");
if (integerCacheHighPropValue != null) {
try {
int i = parseInt(integerCacheHighPropValue);
i = Math.max(i, 127);
// Maximum array size is Integer.MAX_VALUE
h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) -1);
} catch( NumberFormatException nfe) {
// If the property cannot be parsed into an int, ignore it.
}
}
high = h;
cache = new Integer[(high - low) + 1];
int j = low;
for(int k = 0; k < cache.length; k++)
cache[k] = new Integer(j++);
// range [-128, 127] must be interned (JLS7 5.1.7)
assert IntegerCache.high >= 127;
}
private IntegerCache() {}
}
}

String

  • JDK 6 及以前:subString 方法会共享 char[],所以会引起内存泄漏和内存溢出问题。
  • JDK 7、JDK8:去掉两个字段,减少内存,subString 也不会共享 char[]。
  • JDK9:更加节约内存。
// Java 1.8 源码
public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
private final char value[];
// 不是final,第一调用 hashcode 的时候计算,
// 所以在多线程时会重复计算,但是值一样。
// 作者不缓存是因为性能问题,volatile 有性能开销,而考虑到重复计算的机会很小
private int hash;
public String(String original) {
this.value = original.value;
this.hash = original.hash;
}
}
// Java 1.11 源码
public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
private final byte[] value;
private final byte coder;
private int hash;
static final boolean COMPACT_STRINGS;
static {
COMPACT_STRINGS = true;
}
public String(String original) {
this.value = original.value;
this.coder = original.coder;
this.hash = original.hash;
}
}
String 是不可变类,所以它原生保证了线程安全。也因为无法修改内部数据,可以看到拷贝构造函数不需要额外的复制数据。String 设计为不可变的好处:
  • 安全性,不能被恶意篡改。
  • hash 值不变,适合作为 HashMap 的 key。
  • 可以实现字符串常量池。String 有两种创建方式:
    • 字符串常量的方式,String str = "abc"。JVM 会检查该对象是否在字符串常量池中,若存在则直接返回常量池中的引用;若不存在,则先在常量池中创建。
    • new 的方式,String str = new String("abs"),在常量池中创建一个 String 对象,然后复制到堆内存中,返回堆内 String 对象的引用。
Java 1.6 提供了 intern 方法,会去字符串常量池中查看是否有该 String 对象,若有则返回常量池中的引用;若没有,则在常量池中创建,并返回常量池中的引用。目的是把 String 缓存起来,起初缓存在方法区(PermGen)里面,由于容易导致 OOM,所以 1.7 移到了堆中,详见方法区。默认缓存大小也在不断扩大,最初是 1009,7u40被改为60013,可以使用-XX:+PrintStringTableStatistics打印,也可以使用-XX:StringTableSize=N修改。
intern 是一种显式排重,也是享元模式的思想,8u20 后推出了 G1 GC 下的字符串排重,通过将相同数据的字符串指向同一份数据,默认关闭的。需要使用 G1,并开启参数:-XX:+UseStringDeduplication
String 也使用了 Copy-on-Write(写时复制)的思想,比如 replace 方法:
// Java 1.11 源码
public String replace(char oldChar, char newChar) {
if (oldChar != newChar) {
String ret = isLatin1() ? StringLatin1.replace(value, oldChar, newChar)
: StringUTF16.replace(value, oldChar, newChar);
if (ret != null) {
return ret;
}
}
return this;
}
public static String replace(byte[] value, char oldChar, char newChar) {
if (canEncode(oldChar)) {
int len = value.length;
int i = -1;
while (++i < len) {
if (value[i] == (byte)oldChar) {
break;
}
}
if (i < len) {
if (canEncode(newChar)) {
byte buf[] = new byte[len];
for (int j = 0; j < i; j++) { // TBD arraycopy?
buf[j] = value[j];
}
while (i < len) {
byte c = value[i];
buf[i] = (c == (byte)oldChar) ? (byte)newChar : c;
i++;
}
return new String(buf, LATIN1);
} else {
byte[] buf = StringUTF16.newBytesFor(len);
// inflate from latin1 to UTF16
inflate(value, 0, buf, 0, i);
while (i < len) {
char c = (char)(value[i] & 0xff);
StringUTF16.putChar(buf, i, (c == oldChar) ? newChar : c);
i++;
}
return new String(buf, UTF16);
}
}
}
return null; // for string to return this;
}
关于 String 的使用有一些最佳实践,详见 String 调优

StringBuffer

由于 String 是不可变类,所以拼接、裁剪等操作都会产生新的 String 对象。StringBuffer 正是解决产生太多中间对象而设计的类。
  • 本质是一个线程安全的可修改字符序列。
  • 它通过给修改数据的方法都加上 synchronized 关键字来实现线程安全(这种方式可以用在我们平时开发线程安全的类,”过早优化是万恶之源“)。
  • 除非有线程安全的需求,不然推荐使用 StringBuilder。

StringBuilder

StringBuffer 的非线程安全版本。

小结

StringBuffer 和 StringBuilder 两者都继承了 AbstractStringBuilder,里面包含了基本操作,区别在于最终方法是否加了 synchronized。它们的底层数据结构(包括 String)为:
  • Java 9 之前:char 数组。
  • Java 9:byte 数组。
目前数组的初始容量是 16,扩容的方式是创建新的数组,抛弃旧的数组。所以若提前知道字符串长度,最好一开始就指定容量。
起初使用 char 数组,对于拉丁语系是一种浪费,Java 9 中引入了Compact Strings 的设计,改为了 byte 数组加上一个 coder 字段。
Last modified 3yr ago