你可能也会掉进这个简单的 String 的坑
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2020-11-18 13:45
图 by：石头@阿里巴巴飞天园区
关于作者：程序猿石头(ID: tangleithu)，现任阿里巴巴技术专家，清华学渣，前大疆后端 Leader。欢迎关注，交流和指导！回复 “0” 送阿里技术大礼包。
背景
石头同学是某大公司高级开发工程师，某日收到不少错误告警信息，于是便去开始排查。
跟踪日志发现是某个服务抛出的异常信息，奇怪的是这个服务上线也有一段时间了。之前很少看到类似的错误信息，最近偶尔多了起来。
后来才定位到是因为服务调用了某外部接口，发现对方对参数长度做了限制，如果输入参数超过 1000 bytes，就直接抛异常，代码类似如下：
/**
* @param status
* @param result, the size should less than 1000 bytes
* @throws Exception
*/
public XXResult(boolean status, String result) {
if (result != null && result.getBytes().length > 1000) {
throw new RuntimeException("result size more than 1000 bytes!");
}
......
}
心想，这还不简单，咱们的 result 也不是什么关键性的东西，你有限制，我直接 trim 一下不就行了？
解决方案
于是三下五除二，给搞了个 trim 方法，支持传不同参数按需 trim，代码如下：
/**
* 将给定的字符串 trim 到指定大小
* @param input
* @param trimTo 需要 trim 的字节长度
* @return trim 后的 String
*/
public static String trimAsByte(String input, int trimTo) {
if (Objects.isNull(input)) {
return null;
}
byte[] bytes = input.getBytes();
if (bytes.length > trimTo) {
byte [] subArray = Arrays.copyOfRange(bytes, 0, trimTo);
return new String(subArray);
}
return input;
}
再在需要调用外部服务的地方，先调用这个 trimAsByte 方法，一顿操作连忙上线，一切完美~
灾难现场
一切完美，石头哥也是这样认为的。然后幸福总是短暂的。
经过一段时间后（前面也提到，业务场景确实是偶发的），相同的错误仍然发生了。
简直不敢相信，都 trim 了为啥还会超出？你也帮忙想想，是哪里的问题？
看看上面的例子（为了方便展示，简单修改文首代码了下），
trimAsByte("WeChat:tangleithu", 8)
输入字符串 WeChat:tangleithu 太长了，只 trim 到剩下 8 个字节，对应的字节数组是从 [87,101,67,104,97,116,58,116,97,110,103,108,101,105,116,104,117] 变为了 [87,101,67,104,97,116,58,116]，字符串变成了 WeChat:t ，结果正确。
其实在写这个方法的时候还是太草率了，本应该很容易想到中文的情况的，我们来试试：
trimAsByte("程序猿石头", 8)
看上述截图，悲剧了，输入程序猿石头，3 个字节一个汉字，一共 15 个字节 [-25,-88,-117,-27,-70,-113,-25,-116,-65,-25,-97,-77,-27,-92,-76]，trim 到 8 位，剩下前 8 位 [-25,-88,-117,-27,-70,-113,-25,-116] 也正确。再 new String，又变成3 个 “中文” 了，虽然第 3 个“中文”，咱也不认识，咱也不敢问到底读啥，总之再转换成字节数组，长度多了 1 个，变成 9 了。
问题算是定位到了。
不禁要问，为什么？
来看看这个 String 的构造函数，看看上面注释才发现，其实我们忽略了一个很重要的概念，就是编码方式。
/**
* Constructs a new {@code String} by decoding the specified array of bytes
* using the platform's default charset. The length of the new {@code
* String} is a function of the charset, and hence may not be equal to the
* length of the byte array.
*
* The behavior of this constructor when the given bytes are not valid
* in the default charset is unspecified. The {@link
* java.nio.charset.CharsetDecoder} class should be used when more control
* over the decoding process is required.
*
* @param bytes
* The bytes to be decoded into characters
*
* @since JDK1.1
*/
public String(byte bytes[]) {
//this(bytes, 0, bytes.length);
checkBounds(bytes, offset, length);
this.value = StringCoding.decode(bytes, offset, length);
}
当我们用默认的构造函数 new String 的时候，只是用了系统默认的编码（本文是“UTF-8”）去尝试解码，构造出字符串。
所以，当我们在用字节数组（字节流）来表达具体的语义的时候，一定要约定好以什么方式进行编码，本文不具体阐述编码问题了。下面用一个例子来解释上文的现象：
[-25,-88,-117,-27,-70,-113,-25,-116,-65,-25,-97,-77,-27,-92,-76] 仍然用这串字节数组来实验，这串字节数组，如果用 “UTF-8” 编码去解释，那么其想表达的语义就是中文“程序猿石头”，从上文标注的 1，2，3 中可以看出来，没有写即用了系统中的默认编码“UTF-8”。
假设按照 “GBK” 来解释（标注 4），就是表达的 “绋嬪簭鐚跨煶澶�”，注意看下其中的 � 是不是似曾相识；
注意标注 5，通过 GBK 解释构造字符串后，再通过默认的 “UTF-8” 获取字节数组，长度就变成 24 了，然后还通过 “GBK” 编码得到的字节数组长度为 15（标注 6），再试图构造字符串（标注 7），其中“程序猿石头”的“头”字，已经没了。说明这个转换过程中，其实信息已经被丢了。
上面的 � 其实是 UNICODE 编码方式中的一个特殊的字符，也就是 0xFFFD(65535)，其实是一个占位符(REPLACEMENT CHARACTER)，用来表达未知的、没办法表达的东东。上文中在进行编码转换过程中，出现了这个玩意，其实也就是没办法准确表达含义，会被替换成这个东西，因此信息也就丢失了。你可以试试前面的例子，比如把前 8 个字节中的最后一两个字节随便改改，都是一样的。
总结
总结一下，其实本来是一个很简单的问题，却经过几次修改才最终解决，说明对 “基础” 掌握得还是不够，一个重要的点是，在处理二进制数据的时候，一定要联想到 “编码” 方式。
另外，提醒我们，看似简单的问题，我们往往容易忽略。比如如果单纯看到文中提到的这个trim 方法，其实很容易写个单元测试就能尽早发现有问题；
越是基础的方法，我们越应该考虑其代码的健壮性，在之前的 从一道面试题谈谈一线大厂码农应该具备的基本能力 中，我也谈到了写单元测试、测试用例的重要性。
后记
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