面試官：String長度有限制嗎？是多少？還好我看過
前言
話說Java中String是有長度限制的，聽到這里很多人不禁要問，String還有長度限制?是的有，而且在JVM編譯中還有規范，而且有的家人們在面試的時候也遇到了，本人就遇到過面試的時候問這個的，而且在之前開發的中也真實地遇到過這個String長度限制的場景(將某固定文件轉碼成Base64的形式用字符串存儲，在運行時需要的時候在轉回來，當時文件比較大)，那這個規范限制到底是怎么樣的，咱們話不多說先去。
String
首先要知道String的長度限制我們就需要知道String是怎么存儲字符串的，String其實是使用的一個char類型的數組來存儲字符串中的字符的。
存儲String的容器原來是它
那么String既然是數組存儲那數組會有長度的限制嗎?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中定義數組是可以給數組指定長度的，當然不指定的話默認會根據數組元素來指定：
- int[] arr1 = new int[10]; // 定義一個長度為10的數組
- int[] arr2 = {1,2,3,4,5}; // 那么此時數組的長度為5
整數在java中是有限制的，我們通過源碼來看看int類型對應的包裝類Integer可以看到，其長度最大限制為2^31 -1，那么說明了數組的長度是0~2^31-1，那么計算一下就是(2^31-1 = 2147483647 = 4GB)
Integer的取值范圍
看到這我們嘗試通過編碼來驗證一下上述觀點。
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造的10萬個字符的字符串，編譯之后虛擬機提示報錯，說我們的字符串長度過長，不是說好了可以存21億個嗎?為什么才10萬個就報錯了呢?
其實這里涉及到了JVM編譯規范的限制了，其實JVM在編譯時，如果我們將字符串定義成了字面量的形式，編譯時JVM是會將其存放在常量池中，這時候JVM對這個常量池存儲String類型做出了限制，接下來我們先看下手冊是如何說的。
java虛擬機規范截圖
常量池中，每個 cp_info 項的格式必須相同，它們都以一個表示 cp_info 類型的單字節 “tag”項開頭。后面 info[]項的內容 由tag 的類型所決定。
java虛擬機規范手冊常量類型表
我們可以看到 String類型的表示是 CONSTANT_String ，我們來看下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 結構體表示的，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表示的是無符號數占2個字節單位，我們知道1個字節占8位，2個字節就是16位 ，那么2個字節能表示的范圍就是2^16- 1 = 65535 。范中class文件格式對u1、u2的定義的解釋做了一下摘要：
這里對java虛擬機規摘要部分
1、class文件中文件內容類型解釋
- 定義一組私有數據類型來表示 Class 文件的內容，它們包括 u1，u2 和 u4，分別代表了 1、2 和 4 個字節的無符號數。
- 每個 Class 文件都是由 8 字節為單位的字節流組成，所有的 16 位、32 位和 64 位長度的數據將被構造成 2 個、4 個和 8 個 8 字節單位來表示。
2、程序異常處理的有效范圍解釋
- start_pc 和 end_pc 兩項的值表明了異常處理器在 code[]數組中的有效范圍。
- start_pc 必須是對當前 code[]數組中某一指令的操作碼的有效索引，end_pc 要么是對當前 code[]數組中某一指令的操作碼的有效索引，要么等于 code_length的值，即當前 code[]數組的長度。start_pc 的值必須比 end_pc 小。
- 當程序計數器在范圍[start_pc, end_pc)內時，異常處理器就將生效。即設 x 為異常句柄的有效范圍內的值，x 滿足：start_pc ≤ x < end_pc。
- 實際上，end_pc 值本身不屬于異常處理器的有效范圍這點屬于 Java 虛擬機歷史上的一個設計缺陷：如果 Java 虛擬機中的一個方法的 code 屬性的長度剛好是 65535個字節，并且以一個 1 個字節長度的指令結束，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、實例初始化方法或類初始化方法的code[]數組最大長度為 65534，這樣可以間接彌補這個 BUG。
注意：這里對個人認為比較重要的點做了標記，首先第一個加粗說白了就是說數組有效范圍就是【0-65565】但是第二個加粗的地方又解釋了，因為虛擬機還需要1個字節的指令作為結束，所以其實真正的有效范圍是【0-65564】，這里要注意這里的范圍僅限編譯時期，如果你是運行時拼接的字符串是可以超出這個范圍的。
接下來我們通過一個小實驗來測試一下我們構建一個長度為65534的字符串，看看是否就能編譯通過。
首先通過一個for循環構建65534長度的字符串，在控制臺打印后，我們通過自己度娘的一個在線字符統計工具計算了一下確實是65534個字符，如下：
然后我們將字符復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是65534，于是乎運行了一波，果然成功了。
看到這里我們來總結一下：
問：字符串有長度限制嗎?是多少?
答：首先字符串的內容是由一個字符數組 char[] 來存儲的，由于數組的長度及索引是整數，且String類中返回字符串長度的方法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,由于數組是從0開始的，所以數組的最大長度可以使【0~2^31-1】通過計算是大概4GB。
但是通過翻閱java虛擬機手冊對class文件格式的定義以及常量池中對String類型的結構體定義我們可以知道對于索引定義了u2，就是無符號占2個字節，2個字節可以表示的最大范圍是2^16 -1 = 65535。
其實是65535，但是由于JVM需要1個字節表示結束指令，所以這個范圍就為65534了。超出這個范圍在編譯時期是會報錯的，但是運行時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你有幫助的可以點一波關注，下方的小拇指點一波支持，如果發現有講的不好的或者有什么遺漏的，歡迎評論區留言相互學習，進步，后期會不定期更新更多的技術編程相關的文章。
