深入解析String#intern

2023-12-20 09:33:16

介绍

String 被声明为 final，因此它不可被继承。(Integer 等包装类也不能被继承）

在 Java 8 中，String 内部使用 char 数组存储数据。

public final class String
	implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
	private final char value[];
}

在 Java 9 之后，String 类的实现改⽤ byte 数组存储字符串，同时使用 coder 来标识使⽤了哪种编码。

public final class String
	implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
	private final byte[] value;
	private final byte coder;
}

value 数组被声明为 final，这意味着 value 数组初始化之后就不能再引用其它数组。并且 String 内部没有改变 value 数组的方法，因此可以保证 String 不可变。

不可变的好处

1. 可以缓存 hash 值

因为 String 的 hash 值经常被使⽤，例如 String ⽤做 HashMap 的 key。不可变的特性可以使得 hash值也不可变，因此只需要进行⼀次计算。

2. String Pool 的需要

如果一个 String 对象已经被创建过了，那么就会从 String Pool 中取得引用。只有 String 是不可变的，才可能使用 String Pool。

3. 安全性

String 经常作为参数，String不可变性可以保证参数不可变。例如在作为网络连接参数的情况下如果String是可变的，那么在⽹络连接过程中，String被改变，改变String的那一方以为现在连接的是其它主机，而实际情况却不一定是。

4. 线程安全

String 不可变性天⽣具备线程安全，可以在多个线程中安全地使⽤。

String, StringBuffer and StringBuilder

1. 可变性

String 不可变
StringBuffer 和 StringBuilder 可变

2. 线程安全

String 不可变，因此是线程安全的
StringBuilder 不是线程安全的
StringBuffer 是线程安全的，内部使用 synchronized 进行同步

String Pool

字符串常量池（String Pool）保存着所有字符串字⾯量（literal strings），这些字⾯面量量在编译时期就确定。不仅如此，还可以使⽤用String 的 intern() 方法在运行过程将字符串添加到 String Pool 中。

当一个字符串调用 intern() 方法时，如果 String Pool 中已经存在一个字符串和该字符串值相等（使用equals() 方法进行确定），那么就会返回 String Pool 中字符串的引用；否则，就会在 String Pool 中添加一个新的字符串，并返回这个新字符串的引用。

下⾯示例中，s1 和 s2 采用 new String() 的方式新建了两个不同字符串，而 s3 和 s4 是通过 s1.intern()和 s2.intern() 方法取得同一个字符串引用。intern() 首先把 “aaa” 放到 String Pool 中，然后返回这个字符串引用，因此 s3 和 s4 引用的是同一个字符串。

		String s1 = new String("aaa");
        String s2 = new String("aaa");
        System.out.println(s1 == s2); // false
        String s3 = s1.intern();
        String s4 = s2.intern();
        System.out.println(s3 == s4);//true

如果是采用 “bbb” 这种字面量的形式创建字符串，会自动地将字符串放入 String Pool 中。

		String s5 = "bbb";
        String s6 = "bbb";
        System.out.println(s5 == s6); // true

在 Java 7 之前，String Pool 被放在运行时常量池中，它属于永久代。而在 Java 7，String Pool 被移到堆中。这是因为永久代的空间有限，在大量使用字符串的场景下会导致 OutOfMemoryError 错误。

new String(“abc”)

使用这种方式一共会创建两个字符串对象（前提是 String Pool 中还没有 “abc” 字符串对象）。

“abc” 属于字符串字⾯量，因此编译时期会在 String Pool 中创建一个字符串对象，指向这个 "abc"字符串字面量；
而使用 new 的方式会在堆中创建一个字符串对象。

创建⼀一个测试类，其 main ⽅方法中使⽤用这种⽅方式来创建字符串串对象。

public class NewStringTest {
    public static void main(String[] args) {
        String s = new String("abc");
    }
}

使用 javap -verbose 进⾏行行反编译，得到以下内容：

在 Constant Pool 中，#17 存储这字符串字面量 “abc”，#3 是 String Pool 的字符串对象，它指向 #17这个字符串字面量。在 main 方法中，0: 行使用 new #2 在堆中创建一个字符串对象，并且使用 ldc #3将 String Pool 中的字符串对象作为 String 构造函数的参数。

以下是 String 构造函数的源码，可以看到，在将一个字符串对象作为另一个字符串对象的构造函数参数时，并不会完全复制 value 数组内容，而是都会指向同一个 value 数组。

public String(String original) {
	this.value = original.value;
	this.hash = original.hash;
}

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