前言

話說Java中String是有長(zhǎng)度限制的，聽到這里很多人不禁要問，String還有長(zhǎng)度限制?是的有，而且在JVM編譯中還有規(guī)范，而且有的家人們?cè)诿嬖嚨臅r(shí)候也遇到了，本人就遇到過面試的時(shí)候問這個(gè)的，而且在之前開發(fā)的中也真實(shí)地遇到過這個(gè)String長(zhǎng)度限制的場(chǎng)景(將某固定文件轉(zhuǎn)碼成Base64的形式用字符串存儲(chǔ)，在運(yùn)行時(shí)需要的時(shí)候在轉(zhuǎn)回來(lái)，當(dāng)時(shí)文件比較大)，那這個(gè)規(guī)范限制到底是怎么樣的，咱們?cè)挷欢嗾f先去。

String

首先要知道String的長(zhǎng)度限制我們就需要知道String是怎么存儲(chǔ)字符串的，String其實(shí)是使用的一個(gè)char類型的數(shù)組來(lái)存儲(chǔ)字符串中的字符的。

存儲(chǔ)String的容器原來(lái)是它

那么String既然是數(shù)組存儲(chǔ)那數(shù)組會(huì)有長(zhǎng)度的限制嗎?是的有限制，但是是在有先提條件下的，我們看看String中返回length的方法。

String類中的length方法

由此我們看到返回值類型是int類型，Java中定義數(shù)組是可以給數(shù)組指定長(zhǎng)度的，當(dāng)然不指定的話默認(rèn)會(huì)根據(jù)數(shù)組元素來(lái)指定：

• int[] arr1 = new int[10]; // 定義一個(gè)長(zhǎng)度為10的數(shù)組
• int[] arr2 = {1,2,3,4,5}; // 那么此時(shí)數(shù)組的長(zhǎng)度為5

整數(shù)在java中是有限制的，我們通過源碼來(lái)看看int類型對(duì)應(yīng)的包裝類Integer可以看到，其長(zhǎng)度最大限制為2^31 -1，那么說明了數(shù)組的長(zhǎng)度是0~2^31-1，那么計(jì)算一下就是(2^31-1 = 2147483647 = 4GB)

Integer的取值范圍

看到這我們嘗試通過編碼來(lái)驗(yàn)證一下上述觀點(diǎn)。

以字面量形式定義字符串

以上是我通過定義字面量的形式構(gòu)造的10萬(wàn)個(gè)字符的字符串，編譯之后虛擬機(jī)提示報(bào)錯(cuò)，說我們的字符串長(zhǎng)度過長(zhǎng)，不是說好了可以存21億個(gè)嗎?為什么才10萬(wàn)個(gè)就報(bào)錯(cuò)了呢?

其實(shí)這里涉及到了JVM編譯規(guī)范的限制了，其實(shí)JVM在編譯時(shí)，如果我們將字符串定義成了字面量的形式，編譯時(shí)JVM是會(huì)將其存放在常量池中，這時(shí)候JVM對(duì)這個(gè)常量池存儲(chǔ)String類型做出了限制，接下來(lái)我們先看下手冊(cè)是如何說的。

java虛擬機(jī)規(guī)范截圖

常量池中，每個(gè) cp_info 項(xiàng)的格式必須相同，它們都以一個(gè)表示 cp_info 類型的單字節(jié) “tag”項(xiàng)開頭。后面 info[]項(xiàng)的內(nèi)容 由tag 的類型所決定。

java虛擬機(jī)規(guī)范手冊(cè)常量類型表

我們可以看到 String類型的表示是 CONSTANT_String ，我們來(lái)看下CONSTANT_String具體是如何定義的。

這里定義的 u2 string_index 表示的是常量池的有效索引，其類型是CONSTANT_Utf8_info 結(jié)構(gòu)體表示的，這里我們需要注意的是其中定義的length我們看下面這張圖。

在class文件中u2表示的是無(wú)符號(hào)數(shù)占2個(gè)字節(jié)單位，我們知道1個(gè)字節(jié)占8位，2個(gè)字節(jié)就是16位 ，那么2個(gè)字節(jié)能表示的范圍就是2^16- 1 = 65535 。范中class文件格式對(duì)u1、u2的定義的解釋做了一下摘要：

這里對(duì)java虛擬機(jī)規(guī)摘要部分

1、class文件中文件內(nèi)容類型解釋

• 定義一組私有數(shù)據(jù)類型來(lái)表示 Class 文件的內(nèi)容，它們包括 u1，u2 和 u4，分別代表了 1、2 和 4 個(gè)字節(jié)的無(wú)符號(hào)數(shù)。
• 每個(gè) Class 文件都是由 8 字節(jié)為單位的字節(jié)流組成，所有的 16 位、32 位和 64 位長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)將被構(gòu)造成 2 個(gè)、4 個(gè)和 8 個(gè) 8 字節(jié)單位來(lái)表示。

2、程序異常處理的有效范圍解釋

• start_pc 和 end_pc 兩項(xiàng)的值表明了異常處理器在 code[]數(shù)組中的有效范圍。
• start_pc 必須是對(duì)當(dāng)前 code[]數(shù)組中某一指令的操作碼的有效索引，end_pc 要么是對(duì)當(dāng)前 code[]數(shù)組中某一指令的操作碼的有效索引，要么等于 code_length的值，即當(dāng)前 code[]數(shù)組的長(zhǎng)度。start_pc 的值必須比 end_pc 小。
• 當(dāng)程序計(jì)數(shù)器在范圍[start_pc, end_pc)內(nèi)時(shí)，異常處理器就將生效。即設(shè) x 為異常句柄的有效范圍內(nèi)的值，x 滿足：start_pc ≤ x < end_pc。
• 實(shí)際上，end_pc 值本身不屬于異常處理器的有效范圍這點(diǎn)屬于 Java 虛擬機(jī)歷史上的一個(gè)設(shè)計(jì)缺陷：如果 Java 虛擬機(jī)中的一個(gè)方法的 code 屬性的長(zhǎng)度剛好是 65535個(gè)字節(jié)，并且以一個(gè) 1 個(gè)字節(jié)長(zhǎng)度的指令結(jié)束，那么這條指令將不能被異常處理器所處理。不過編譯器可以通過限制任何方法、實(shí)例初始化方法或類初始化方法的code[]數(shù)組最大長(zhǎng)度為 65534，這樣可以間接彌補(bǔ)這個(gè) BUG。

注意：這里對(duì)個(gè)人認(rèn)為比較重要的點(diǎn)做了標(biāo)記，首先第一個(gè)加粗說白了就是說數(shù)組有效范圍就是【0-65565】但是第二個(gè)加粗的地方又解釋了，因?yàn)樘摂M機(jī)還需要1個(gè)字節(jié)的指令作為結(jié)束，所以其實(shí)真正的有效范圍是【0-65564】，這里要注意這里的范圍僅限編譯時(shí)期，如果你是運(yùn)行時(shí)拼接的字符串是可以超出這個(gè)范圍的。

接下來(lái)我們通過一個(gè)小實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)試一下我們構(gòu)建一個(gè)長(zhǎng)度為65534的字符串，看看是否就能編譯通過。

首先通過一個(gè)for循環(huán)構(gòu)建65534長(zhǎng)度的字符串，在控制臺(tái)打印后，我們通過自己度娘的一個(gè)在線字符統(tǒng)計(jì)工具計(jì)算了一下確實(shí)是65534個(gè)字符，如下：

然后我們將字符復(fù)制后以定義字面量的形式賦值給字符串，可以看到我們選擇這些字符右下角顯示的確實(shí)是65534，于是乎運(yùn)行了一波，果然成功了。

看到這里我們來(lái)總結(jié)一下：

問：字符串有長(zhǎng)度限制嗎?是多少?

答：首先字符串的內(nèi)容是由一個(gè)字符數(shù)組 char[] 來(lái)存儲(chǔ)的，由于數(shù)組的長(zhǎng)度及索引是整數(shù)，且String類中返回字符串長(zhǎng)度的方法length() 的返回值也是int ，所以通過查看java源碼中的類Integer我們可以看到Integer的最大范圍是2^31 -1,由于數(shù)組是從0開始的，所以數(shù)組的最大長(zhǎng)度可以使【0~2^31-1】通過計(jì)算是大概4GB。

但是通過翻閱java虛擬機(jī)手冊(cè)對(duì)class文件格式的定義以及常量池中對(duì)String類型的結(jié)構(gòu)體定義我們可以知道對(duì)于索引定義了u2，就是無(wú)符號(hào)占2個(gè)字節(jié)，2個(gè)字節(jié)可以表示的最大范圍是2^16 -1 = 65535。

其實(shí)是65535，但是由于JVM需要1個(gè)字節(jié)表示結(jié)束指令，所以這個(gè)范圍就為65534了。超出這個(gè)范圍在編譯時(shí)期是會(huì)報(bào)錯(cuò)的，但是運(yùn)行時(shí)拼接或者賦值的話范圍是在整形的最大范圍。

解析到這里就告一段落了，如果覺得在下講得對(duì)你有幫助的可以點(diǎn)一波關(guān)注，下方的小拇指點(diǎn)一波支持，如果發(fā)現(xiàn)有講的不好的或者有什么遺漏的，歡迎評(píng)論區(qū)留言相互學(xué)習(xí)，進(jìn)步，后期會(huì)不定期更新更多的技術(shù)編程相關(guān)的文章。