Java - String 的字面量、常量池、构造函数和intern()函数

2022-05-31 22:53:58

一、内存中的 String 对象

Java 的堆和栈

对于基本数据类型变量和对象的引用，也就是局部变量表属于栈内存；
而通过 new 关键字和 constructor 创建的对象存放在堆内存；
直接的 "hello" 被称为字面量形式，在JDK1.7之后存放在位于堆内存的独立的常量池中；
```java
// 比如说：
String s1="hello";
Scanner input = new Scanner();
// 上面的语句中变量名 s1、input 存放在栈内存中，"hello" 为字面量，所以放在常量池，而用构造函数创建的对象放在堆内存中。

```

什么是String常量池

JVM为了减少字符串对象的重复创建，维护了一个特殊的内存，这段内存被称为字符串常量池或者字符串字面量池。我们所知道的几个String的特点都来源于此。

在这个常量池中，共享所有的String对象，因此String对象不可被修改，因为一旦被修改那么同时引用此String对象的变量都会随之改变，所以被设计成不可修改的；
也因此我们常常会听说String拼接字符串的性能较差；
使用双引号声明的String对象会直接存储在常量池中，若已存在，则直接引用已存在的String对象；
每个String对象都是唯一的，这样才能达到节约内存的目的；

补充说明 “==” 和 “equals()”

在基本数据类型中，只可以使用“ == ”，也就是比较他们的值是否相同；
而对于对象（包括 String ）来说，“ == ”表示比较地址是否相同，“ equals() ”才表示比较他们内容是否相同；
equals()是object都拥有的一个函数，本身就要求对内部值进行比较；

二、String 的字面量和构造函数

1. 两者的不同

除了"1"这种字面量，还有一种就是使用构造函数 new String() 进行String对象的创建。

而对于String str1 = "1";和String str2 = new String("1");两个语句在执行时，内存中的操作是不同的。

对于String str1 = "1";来说，和之前介绍的常量池一致，当语句执行时，JVM会首先检查常量池中是否存在该字面量：

若存在，则直接返回此字面量的引用；
若不存在，则在常量池中创建该字面量，返回其引用；

对于String str2 = new String("1");来说，当语句执行时，JVM同样会先检查常量池中是否存在对应的字面量：

若存在，则在堆中创建String对象，在对象内部引用该字面量；
若不存在，则先在常量池中创建字面量，然后在堆中创建String对象，在对象内部引用该字面量；

2. 初步结论

无论任何时候，new String() 都会自己另行在堆中开辟空间，创建新的String对象；
而假如常量池中不存在对应的字面量，new String() 会创建两个对象，一个放进常量池中，一个放进堆中；
因为new String() 总是创建新的String 对象，所以当使用"=="将str2与1比较时，结果一定是false，因为两者的地址是不同的。

intern()函数和新的问题

intern()函数

先介绍一个神奇的函数—— intern()，它是一个native方法，不妨来看一下这个函数的介绍

返回值是一个标准的字符串形式；

返回值是与此对象具有相同内容的字符串，但保证来自字符串池；
对于两个字符串s、t，当且仅当s.equals(t)为true时，才能说s.intern()==t.intern()为true；
当此方法被调用时，如果常量池中已经包含了一个和该对象内容相同的字符串，那就返回这个字符串；若不包含，如果大家有查看其它资料，他们都会说不存在则新建，但事实上，在接下来的问题之前，根本没有不存在的情况，字面量总是存在的；

新的问题

这个函数有什么用，个人认为，可以粗率地认为这个函数可以找到所有的String object在常量池中对应的字面量（存在则返回引用，不存在则创建后返回引用）。但是不难想到，之前的初步结论已经得出new String("")会确保两个对象的存在，那么intern()函数的存在有什么意义呢？为了得到一个String对象中引用的的源对象？
这时引入下面一段代码：

String str1 = new String("1");
System.out.println(str1 == str1.intern());
System.out.println(str1 == "1");

String str2 = new String("2") + new String("3");
System.out.println(str2 == str2.intern());
System.out.println(str2 == "23");

String str4="45";
String str3 = new String("4") + new String("5");
System.out.println(str3==str3.intern());
System.out.println(str3 == "45");

对于结果，相信str1的两个输出结果都是可以理解的，str1创建后产生两个对象，保存在堆的 str1 和常量池中的 "1" 地址显然不同，而intern() 则是返回的"1"的地址，所以输出均为false；

而str2、str3、str4就变得诡异起来了，经过了字符串拼装之后，str2和str2.intern()神奇的具有了相同的地址，但同时，因为一个str4，str3和str3.intern()相同的地址又变的不同起来；

所以新的问题就来源于字符串拼接，根据前文已经知道字符串是不可修改的，那么想要进行一次 String str2 = new String("2") + new String("3");这样的字符串拼接消耗就非常大了（相信大家都听过字符串拼接效率差的说法），所以JVM对其进行了优化，具体是如何优化的呢？

分析 - intern()结论

如果是String str2 = "2" + "3";，则直接将"2"和"3"折叠为"23"，然后直接作为字面量放入常量池中，也就是和String str2 = "23";没区别，具体可见String a="a"+"b"+"c"在内存中创建几个对象？ - 陈肖恩的回答 - 知乎
如果是 String str2 = new String("2") + new String("3");这种情况，JVM同样会进行优化，目前根据我的调查，会被优化成三个对象的创建——在常量池中创建"2"、"3"，在堆中创建内容为"23"的String对象，大家可能会奇怪，不在常量池创建"23"吗？目前看是不会的；
之前我也说到intern() 根本没有不存在的情况，但眼下这种情况是真的不存在了，intern()采取了一种截然不同的处理方案——不是在常量池中建立字面量，而是直接将该对象自身的引用复制到常量池中，所以代码的第二段就不难解释了，此时堆中的str2才是真正的源字符串，而常量池也只是对它的引用。
而使用intern() 场和也变得显而易见，当你需要进行大量可能会重复的字符串的拼接的时候，为了避免内存的浪费进而导致GC清理无用字符串降低性能，那就可以使用intern()了。

三、其他 String 类相关结论

构造函数结论

不难看出，总是new String("")这样的函数在浪费内存，降低性能，所以大家在写程序的时候应该尽量直接使用字面量，而避免构造函数的使用。

String 是否为空的结论

String 存在一个方法叫 str.isEmpty()，如果查看源代码就会发现和 str.length()==0 没有任何区别。

public boolean isEmpty() { return value.length == 0;} //源代码

// 何时出现此种情况：
String s1 = new String();
String s1 = new String("");
String s1 = "";

String 是否为null的结论

null即未指定对象，如果直接使用会出现所谓的空指针错误。值得注意的是第二种情况，字符串数组在创建之后并不会像字符串新建时一样初始化为长度为1的字符串，而是空指针。

// 何时出现此种情况：
String s1 = null;
String[] s1 = new String[n];

String equals() 的结论

所以根据 equals() 的定义就能发现，此无论任何情况下， equals() 总是比较两个字符串的内容，无论是否开辟内存或别的怎样，假如需求就是简单地进行字符串匹配，使用 equals() 总是没错的。

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