java string的一些细节剖析

首先说明这里指的是Java中的String，虽然我已经决定转战C/C++了，但是因为今天碰到一个问题，还是来看一下。String的定义如下：


代码如下:

public final class String
{
private final char value[]; // 保存的字符串
private final int offset; // 开始的位置
private final int count; // 字符数目
private int hash; // 缓存的hash值
......
}

在Debug的时候可以看到保存的值如下：
 
需要说明一下的是：如果没有调用过hashCode()，那么hash的值为0。容易知道这里的value也就是真正保存的字符串的值（也就是“字符串测试”）的char数组，而每个char的值是多少呢？很容易验证：Unicode。
到这里大家也就猜到我们常用的subString是怎么实现的了：如果是让我们实现的话让new String使用相同的value（char数组），只修改offset和count就可以了。这样的话既省空间又快（不需要拷贝），而事实上也是这样的：


代码如下:

public String substring(int beginIndex) {
return substring(beginIndex, count);
}
public String substring(int beginIndex, int endIndex) {
......
return ((beginIndex == 0) && (endIndex == count)) ? this :
new String(offset + beginIndex, endIndex - beginIndex, value);
}
String(int offset, int count, char value[]) {
this.value = value;
this.offset = offset;
this.count = count;
}

既然是在讨论字符串，JVM默认使用的是什么编码呢？通过调试可以发现：


代码如下:

public static Charset defaultCharset() {
if (defaultCharset == null) {
synchronized (Charset.class) {
java.security.PrivilegedAction pa = new GetPropertyAction("file.encoding");
String csn = (String)AccessController.doPrivileged(pa);
Charset cs = lookup(csn);
if (cs != null)
defaultCharset = cs;
else
defaultCharset = forName("UTF-8");
}
}

其中defaultCharset的值可以通过：
　　-Dfile.encoding=utf-8
进行设置。当然如果你想设置为“abc”也可以，但会默认设置为UTF-8。可以通过System.getProperty("file.encoding")来看具体的值。看defaultCharset是为什么呢？因为网络传输的过程中应该都是byte数组，不同的编码方式得到的byte数组可能是不相同的。所以，我们得知道编码方式是怎么得到的吧？具体得到byte数组的方法也就是我们下面重点要看的getBytes了，它最终要调用的是CharsetEncoder的encode方法，如下：


代码如下:

public final CoderResult encode(CharBuffer in, ByteBuffer out, boolean endOfInput) {
int newState = endOfInput ? ST_END : ST_CODING;
if ((state != ST_RESET) && (state != ST_CODING) && !(endOfInput && (state == ST_END)))
throwIllegalStateException(state, newState);
state = newState;
for (;;) {
CoderResult cr;
try {
cr = encodeLoop(in, out);
} catch (BufferUnderflowException x) {
throw new CoderMalfunctionError(x);
} catch (BufferOverflowException x) {
throw new CoderMalfunctionError(x);
}
if (cr.isOverflow())
return cr;
if (cr.isUnderflow()) {
if (endOfInput && in.hasRemaining()) {
cr = CoderResult.malformedForLength(in.remaining());
} else {
return cr;
}
}
CodingErrorAction action = null;
if (cr.isMalformed())
action = malformedInputAction;
else if (cr.isUnmappable())
action = unmappableCharacterAction;
else
assert false : cr.toString();
if (action == CodingErrorAction.REPORT)
return cr;
if (action == CodingErrorAction.REPLACE) {
if (out.remaining() < replacement.length)
return CoderResult.OVERFLOW;
out.put(replacement);
}
if ((action == CodingErrorAction.IGNORE) || (action == CodingErrorAction.REPLACE)) {
in.position(in.position() + cr.length());
continue;
}
assert false;
}
}

当然首先会根据需要的编码格式选择对应的CharsetEncoder，而最主要的是不同的CharsetEncoder实现了不同的encodeLoop方法。这里可能会不明白为什么这里有个for(;;)？其实看CharsetEncoder所处的包（nio）和它的参数也就大概明白了：这个函数是可以处理流的（虽然我们这里使用的时候不会循环）。
在encodeLoop方法中会将尽可能多的char转换为byte，new String差不多就是上面的逆过程。
在实际的开发过程中经常会遇到乱码问题：
在上传文件的时候取到文件名；
JS传到后端的字符串；
首先先尝试下下面代码的的运行结果：


代码如下:

public static void main(String[] args) throws Exception {
String str = "字符串";
// -41 -42 -73 -5 -76 -82
printArray(str.getBytes());
// -27 -83 -105 -25 -84 -90 -28 -72 -78
printArray(str.getBytes("utf-8"));
// ???
System.out.println(new String(str.getBytes(), "utf-8"));
// 瀛楃涓?
System.out.println(new String(str.getBytes("utf-8"), "gbk"));
// 字符??
System.out.println(new String("瀛楃涓?".getBytes("gbk"), "utf-8"));
// -41 -42 -73 -5 63 63
printArray(new String("瀛楃涓?".getBytes("gbk"), "utf-8").getBytes());
}
public static void printArray(byte[] bs){
for(int i = 0; i < bs.length; i++){
System.out.print(bs[i] + " ");
}
System.out.println();
}

在程序中的注释中说明了输出结果：
因为GBK中2个byte表示一个汉字，所以就有了6个byte；
因为UTF-8中3个byte表示一个汉字，所以就有了9个byte；
因为通过无法通过GBK生成的byte数组再根据UTF-8的规则去生成字符串，所以显示???；
这个是经常遇到乱码的原因，GBK使用UTF-8生成的byte能生成字符串；
虽然上面生成的是乱码，但是电脑并不这么认为，所以还是能通过getBytes得到字节数组，而这个数组中是utf-8是可以识别的；
最后的两个63（?）应该是encode填充的（或者是字节不够直接填充的，这个地方没有细看）；
GBK和UTF-8对于因为字母和数字的编码是相同的，所以在这几种字符的处理上是不会出现乱码的，但是他们对汉字的编码确实不一样的，这就是很多问题的起源，看下面代码：
　　new String(new String("我们".getBytes("UTF-8"), "GBK").getBytes("GBK"), "UTF-8);
显然这段代码的结果是“我们”，但是对我们有什么用？首先我们注意到：
　　new String("我们".getBytes("UTF-8"), "GBK")；
这段代码的结果是乱码，而且很多的乱码都是“乱成这样的”。但是要记住：这里的乱是对我们而言，对电脑来说无所谓“乱”与“不乱”，它在我们几乎放弃的时候还能从乱码中通过“getBytes("GBK")”得到它的“主心骨”，然后我们就可以用“主心骨”还原出原来的字符串。
貌似上面的这段代码能解决“GBK”和“UTF-8”之间的乱码问题，但是这种解决方法也只限于一种特殊情况：所有连续汉字的个数都是偶数个！原因在上面已经说过了，这里就不赘述了。
那么怎么解决这个问题呢？
第一种解决方法：encodeURI
为什么要用这种方法呢？原因很简单：GBK和UTF-8对于%、数字、字母的编码是统一的，所以在传输encode之后的串可以100%保证在这两种编码下得到的是同一个东西，然后再decode得到字符串就可以。根据String的格式可以猜测encode和decode的效率是非常非常高的，所以这也算是一种很好的解决方法了。
第二种解决方法：统一编码格式
这边使用的是Webx矿建，只需要将webx.xml中设置defaultCharset="UTF-8"就可以了。