String:字符串常量池

作为最基础的引用数据类型,Java 设计者为 String 提供了字符串常量池以提高其性能,那么字符串常量池的具体原理是什么,我们带着以下三个问题,去理解字符串常量池:

  • 字符串常量池的设计意图是什么?

  • 字符串常量池在哪里?

  • 如何操作字符串常量池?

字符串常量池的设计思想

  • 字符串的分配,和其他的对象分配一样,耗费高昂的时间与空间代价,作为最基础的数据类型,大量频繁的创建字符串,极大程度地影响程序的性能

  • JVM为了提高性能和减少内存开销,在实例化字符串常量的时候进行了一些优化

    • 为字符串开辟一个字符串常量池,类似于缓存区

    • 创建字符串常量时,首先坚持字符串常量池是否存在该字符串

    • 存在该字符串,返回引用实例,不存在,实例化该字符串并放入池中

  • 实现的基础

    • 实现该优化的基础是因为字符串是不可变的,可以不用担心数据冲突进行共享

    • 运行时实例创建的全局字符串常量池中有一个表,总是为池中每个唯一的字符串对象维护一个引用,这就意味着它们一直引用着字符串常量池中的对象,所以,在常量池中的这些字符串不会被垃圾收集器回收

代码:从字符串常量池中获取相应的字符串

  String str1 = “hello”;
  String str2 = “hello”;
  
  System.out.printl("str1 == str2" : str1 == str2 ) //true 

字符串常量池在哪里

在分析字符串常量池的位置时,首先了解一下堆、栈、方法区:

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    • 存储的是对象,每个对象都包含一个与之对应的class

    • JVM只有一个堆区(heap)被所有线程共享,堆中不存放基本类型和对象引用,只存放对象本身

    • 对象的由垃圾回收器负责回收,因此大小和生命周期不需要确定

    • 每个线程包含一个栈区,栈中只保存基础数据类型的对象和自定义对象的引用(不是对象)

    • 每个栈中的数据(原始类型和对象引用)都是私有的

    • 栈分为3个部分:基本类型变量区、执行环境上下文、操作指令区(存放操作指令)

    • 数据大小和生命周期是可以确定的,当没有引用指向数据时,这个数据就会自动消失

  • 方法区

    • 静态区,跟堆一样,被所有的线程共享

    • 方法区中包含的都是在整个程序中永远唯一的元素,如class,static变量

字符串常量池则存在于方法区

代码:堆栈方法区存储字符串

String str1 = “abc”;
String str2 = “abc”;
String str3 = “abc”;
String str4 = new String(“abc”);
String str5 = new String(“abc”);

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字符串对象的创建

面试题:String str4 = new String(“abc”) 创建多少个对象?

  1. 在常量池中查找是否有“abc”对象

    • 有则返回对应的引用实例

    • 没有则创建对应的实例对象

  2. 在堆中 new 一个 String("abc") 对象

  3. 将对象地址赋值给str4,创建一个引用

所以,常量池中没有“abc”字面量则创建两个对象,否则创建一个对象,以及创建一个引用

根据字面量,往往会提出这样的变式题:

String str1 = new String("A"+"B") ; 会创建多少个对象?
String str2 = new String("ABC") + "ABC" ; 会创建多少个对象?

str1:
字符串常量池:"A","B","AB" : 3个
堆:new String("AB") :1个
引用: str1 :1个
总共 : 5个

str2 :
字符串常量池:"ABC" : 1个
堆:new String("ABC") :1个
引用: str2 :1个
总共 : 3个


代码:基础类型的变量和常量,变量和引用存储在栈中,常量存储在常量池中

int a1 = 1;
int a2 = 1;
int a3 = 1;

public static int INT1 =1 ;
public static int INT2 =1 ;
public static int INT3 =1 ;

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操作字符串常量池的方式

  • JVM实例化字符串常量池时

  String str1 = “hello”;
  String str2 = “hello”;
  
  System.out.printl("str1 == str2" : str1 == str2 ) //true
  • String.intern()

通过new操作符创建的字符串对象不指向字符串池中的任何对象,但是可以通过使用字符串的intern()方法来指向其中的某一个。java.lang.String.intern()返回一个保留池字符串,就是一个在全局字符串池中有了一个入口。如果以前没有在全局字符串池中,那么它就会被添加到里面

        // Create three strings in three different ways.
        String s1 = "Hello";
        String s2 = new StringBuffer("He").append("llo").toString();
        String s3 = s2.intern();
 
        // Determine which strings are equivalent using the ==
        // operator
        System.out.println("s1 == s2? " + (s1 == s2)); // false
        System.out.println("s1 == s3? " + (s1 == s3)); // true

补充:字面量和常量池初探

字符串对象内部是用字符数组存储的,那么看下面的例子:

    String m = "hello,world";
    String n = "hello,world";
    String u = new String(m);
    String v = new String("hello,world");
  1. 会分配一个11长度的char数组,并在常量池分配一个由这个char数组组成的字符串,然后由m去引用这个字符串

  2. 用n去引用常量池里边的字符串,所以和n引用的是同一个对象

  3. 生成一个新的字符串,但内部的字符数组引用着m内部的字符数组

  4. 同样会生成一个新的字符串,但内部的字符数组引用常量池里边的字符串内部的字符数组,意思是和u是同样的字符数组

使用图来表示的话,情况就大概是这样的(使用虚线只是表示两者其实没什么特别的关系):
string1.png
测试demo:

            String m = "hello,world";
            String n = "hello,world";
            String u = new String(m);
            String v = new String("hello,world");
            
            System.out.println(m == n); //true 
            System.out.println(m == u); //false
            System.out.println(m == v); //false
            System.out.println(u == v); //false 
    

结论:

  • m和n是同一个对象

  • m,u,v都是不同的对象

  • m,u,v,n但都使用了同样的字符数组,并且用equal判断的话也会返回true

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