面试官：你真的理解String吗

前几天后端君在自我提高（摸鱼）的时候看到了一个简单却也有趣的面试题：String str = new String("abc")这个语句创建了几个对象？

这是一个非常常见的面试题，个人觉得能很好的甄别候选者Java水平的深度——String类用谁都会用，如果还知道它的底层实现以及原理，那就知道此人不是泛泛之辈，然后可以再深入聊聊JVM内存结构等等逐渐拓展开去了。

其实在很多面试题汇总的帖子中可能也都会收录这个问题，并且给出详细且准确的回答，在网上搜索这个问题也会有很多答案。那后端君今天说这个的原因就是想从这道面试题入手，和大家一起深入学习一下String这个可以说在Java中最常用的类（没有之一）。

希望日后无论是在面试中，还是在日常开发中，可以对String类更游刃有余。

1. String 的底层结构

首先先来了解一下String的底层结构，在后端君所用的JDK版本1.8中，String类是通过一个char数组来存储字符串的。

public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    // 用于存储字符串
    private final char value[];
    // 缓存字符串哈希值，默认为0
    private int hash;
    // 省略
}

可能很多同学也都注意到了String类是被final关键字修饰的，用于存储字符串的char数组也是被final关键字修饰的。这样设计的原因其实是保证了String的不可变性，包括String对象不可被继承，字符数组value属性的引用地址不可修改。

至于为什么要保证它不可变？别问，问就是设计，JDK工程师们精心的设计！

2. String被final修饰的原因

事实上，String类被设计成被final修饰确实是有它一定的道理的。

首先第一原因是高效，就拿常量池来说，只有变量是不可修改的，才能够被缓存起来，从而实现常量池的功能。同时，被final修饰意味着不可被修改，所以不需要考虑它的值被修改。

第二个原因是安全，Java之父James Gosling解释过，迫使String类设计成不可变的另一个原因是安全，当你在调用其他方法时，比如调用一些系统级操作指令之前，可能会有一系列校验，如果是可变类的话，可能在你校验过后，它的内部的值又被改变了，这样有可能会引起严重的系统崩溃问题。

在这里需要着重提到的是，虽然String对象的字符数组value属性是不可变的，但只是引用地址不可变，如果直接修改value属性的内容，还是可以成功的。

final char[] str = {'1','2','3'};
// 直接赋值将 str 数组的内容修改为{'1','2','4'}
str[2] = '4';
//  通过反射将 str 数组的内容修改为{'1','2','5'}
java.lang.reflect.Array.set(str, 2, '5');

以上两种方法都是没有改变一个被final修饰的变量的引用地址，而是直接修改引用所代表的数组元素，成功修改了一个被final修饰的变量的内容。

3. String 的创建流程

明白了String类的底层存储结构之后，我们再来看它的创建流程，回想一下文本刚开始提到的那个问题，String str = new String("abc")这个语句创建了几个对象？

再提出一个问题进行对比：String str = "abc"与String str = new String("abc")有什么区别吗？

在回答这两个问题之前，我们必须知道一些概念。如果有了解过JVM的同学会知道，虚拟机中有一个地方叫常量池，它会存储字符串常量，在JDK1.7之后常量池位于Java堆中。在程序中创建的对象实例，也会被存放在Java堆中，但与常量池存放的位置是不一样的。还有就是，对象的引用变量如上述代码中的str，会被存放在虚拟机栈中。

上面提出的第二个问题说到了String对象的两种创建方式：直接赋值和new。

3.1 直接赋值

首先来说直接赋值，首先会去常量池中寻找abc字符串是否存在，若已存在会将str引用变量直接指向常量池中的值。如果不存在，会在常量池中先创建一个abc字符串，然后把str指向刚刚创建出来的abc字符串。

3.2 new String()

而对于使用new关键词来创建一个String对象，首先虚拟机会在Java堆中创建一个String对象，然后再去常量池中寻找abc字符串是否存在，如果不存在会在常量池中创建一个abc字符串，然后把Java堆中的对象引用的值指向在常量池中创建的abc字符串；若常量池中已存在abc字符串，不会创建该字符串，只会将Java堆中对象的引用值指向常量池中的abc字符串。

综上所述，String str = new String("abc")这个语句，会创建1个或2个对象，若常量池中没有abc字符串，那么会创建2个对象，否则只会在Java堆中创建一个对象。

而直接赋值语句会创建0个或1个对象，若常量池中没有abc字符串，会创建1个对象，否则不会创建对象，只需要将引用指向常量池中的abc字符串。

3.3 代码示例

我们写两个例子验证一下上面的结论。

public static void main(String[] args) {
    String a = new String("abc");
    String b = "abc";
    System.out.println(a==b);
}

我们画一张图来描述一下示例代码中对象之间的关系。

第一行代码中使用new String("abc")创建了一个对象，所以会在堆中先创建一个字符串对象a，此时会去常量池中寻找abc字符串，如果没有找到会直接在常量池中创建此字符串，并将a对象的引用值指向常量池中刚创建的abc字符串，但是字符串对象a和字符串abc这两者的地址是不一样的。

第二行代码中使用直接赋值的方式，由于常量池中abc字符串已经存在，所以b这个引用变量会直接指向常量池中的abc字符串。

最后，由于字符串对象a的地址与常量池中abc字符串的地址是不一样的，所以a与b是不相等的。

4. 面试题

下面再罗列几道常见的面试题。

1. ==和equals的区别
2. 编译器对于String类拼接如何进行优化
3. String#intern方法的含义
4. compareTo和equals都是用于比较，有什么区别
5. String、StringBuilder和StringBuffer的区别

5. 小结

今天讲述了关于String类的几个方面：底层结构、用final修饰的原因、对象创建流程以及几道常见的面试题。

如果以后在面试中遇到类似的问题千万不要答不上来啦！

希望能够帮助到大家。

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