揭祕Java中的String

Posted by Ryan on 2010/08/24Leave a comment (2)Go to comments

最近有人問我一個問題：String是什麼？

是什麼？腦子一片混亂。不可變？不是基本數據類型但又像基本數據類型？頓時很多模糊的理解湧入腦海，怎麼都理不清，究其原因，還是對String在JVM裏的實現原理不甚理解。爲了徹底搞清究竟什麼是String,今天特意看了很多相關的資料，終於有所感悟，感悟之餘，記錄於此，與大家共享。（部分內容抄摘自網上）

一、創建String

創建一個String對象，主要有兩種方式：

String s=”Hello world!”;
String s=new String(“Hello world”);

兩種方式雖然都實現了創建一個String對象的功能，但實現的原理卻大不相同。在討論這兩種方法的不同之前，我們先來了解一下JVM裏的常量池概念，對接下來的理解很有幫助。

相信大家都知道，Java程序在運行之前，編譯器首先要把源代碼編譯成字節碼文件（.class文件），然後JVM再解釋執行.class文件。其中，在.class文件中有一個非常重要的項—常量池，我們上面代碼中的”Hello world”字符串被編譯之後，就被存放在class常量池中的字符串常量表中。改用網上一段話：

在Java源代碼中的每一個字面值字符串，都會在編譯成class文件階段，形成標誌號爲8(CONSTANT_String_info)的常量表。當JVM加載 class文件的時候，會爲對應的常量池建立一個內存數據結構，並存放在方法區中。同時JVM會自動爲CONSTANT_String_info常量表中的字符串常量字面值在堆中創建新的String對象(intern字符串對象）。然後把CONSTANT_String_info常量表的入口地址轉變成這個堆中String對象的直接地址(常量池解析)。

源代碼中所有相同字面值的字符串常量只可能建立唯一一個intern字符串對象。另外，我們也可以調用String的intern()方法來使得一個常規字符串對象成爲intern字符串對象。

好了，下面我們來討論一下第一種方法，也是大家非常常用的方法：

String s=”Hello world!”

首先在編譯期，也就是在運行這段指令之前，JVM就已經爲”Hello world”在堆中創建了一個intern字符串，局部變量s存儲的是早已創建好的intern字符串的堆地址。也就是說，不管有幾條String s1=”Hello world”,堆中都只有1個值爲”Hello world”的字符串。

那麼第二種方法呢？

String s=new String(“Hello world”)

同樣在編譯期，JVM也爲”Hello world”在堆中創建了一個intern字符串，然後用這個intern字符串的值來初始化new出來的新String對象，局部變量s實際上存儲的是new出來的堆對象地址。此時在JVM管理的堆中，有兩個相同字符串值的String對象：一個是intern字符串對象，一個是new新建的字符串對象。

最後，來段代碼做個更形象的比較：

01

//代碼1

02

String sa = "ab";

03

String sb = "cd";

04

String sab=sa+sb;

05

String s="abcd";

06

System.out.println(sab==s); // false

07

//代碼2

08

String sc="ab"+"cd";

09

String sd="abcd";

10

System.out.println(sc==sd); //true

代碼1中局部變量sa,sb存儲的是堆中兩個intern字符串對象的地址。而當執行sa+sb時，JVM首先會在堆中創建一個StringBuilder類，同時用sa指向的intern字符串對象完成初始化，然後調用append方法完成對sb所指向的intern字符串的合併操作，接着調用StringBuilder的toString()方法在堆中創建一個String對象，最後將剛生成的String對象的堆地址存放在局部變量sab中。而局部變量s存儲的是常量池中”abcd”所對應的intern字符串對象的地址。 sab與s地址當然不一樣了。這裏要注意了，代碼1的堆中實際上有五個字符串對象：三個intern字符串對象、一個String對象和一個StringBuilder對象。
代碼2中”ab”+”cd”會直接在編譯期就合併成常量”abcd”，因此相同字面值常量”abcd”所對應的是同一個拘留字符串對象，自然地址也就相同。

二、String,StringBuffer和StringBuilder

通過查看源碼可以發現，String中的value[]是常量(final)數組，只能被賦值一次；而StringBuffer中的value[]就是一個很普通的數組，而且可以通過append()方法將新字符串加入value[]末尾。
StringBuffer和StringBuilder的區別是StringBuffer是線程安全的，而後者不是。這是因爲在源代碼中StringBuffer的很多方法都被關鍵字synchronized 修飾了，而StringBuilder沒有。另外，由於String是不可變的，也就是隻讀，自然也是安全的了。
因爲String對象中的value[]是不能改變的，每一次合併後字符串值都需要創建一個新的String對象來存放。循環1000次自然需要創建1000個String對象和1000個StringBuilder對象，效率低就可想而知了；而StringBuffer/StringBuilder，只需要將自己的value[]數組不停的擴大來存放即可，循環過程中無需在堆中創建任何新的對象，效率自然就高了。

三、總結：

不停的創建對象是程序低效的一個重要原因。那麼相同的字符串值能否在堆中只創建一個String對象？可以！除了程序中的字符串常量會被JVM自動創建拘留字符串之外，調用String的intern()方法也能做到這一點。當調用intern()時，如果常量池中已經有了當前String的值，那麼返回這個常量指向intern對象的地址。如果沒有，則將String值加入常量池中，並創建一個新的intern字符串對象。
String的種種行爲都來源於它的immutable性. 因爲它是不變的,沒有線程安全問題,可以無限共享,池化當然最節省時間空間; 也因爲它是不變的,用”+”導致N多的新對象生成，才生的效率問題.

四、知識補充:

equals 和 == 的區別

equals 方法（是String類從它的超類Object中繼承的）被用來檢測兩個對象是否相等，即兩個對象的內容是否相等。
==用於比較引用和比較基本數據類型時具有不同的功能：比較基本數據類型，如果兩個值相同，則結果爲true ; 在比較引用時，如果引用指向內存中的同一對象，結果爲true

堆、棧與常量池：

棧：存放基本類型的變量數據和對象的引用，但對象本身不存放在棧中，而是存放在堆（new 出來的對象）或者常量池中（字符串常量對象存放在常量池中。）
堆：存放所有new出來的對象。
靜態域：存放靜態成員（static定義的）
常量池：存放字符串常量和基本類型常量（public static final）。

棧和常量池中的對象可以共享，堆中的對象不可以共享。棧中的數據大小和生命週期是可以確定的，當沒有引用指向數據時，這個數據就會消失。堆中的對象的由垃圾回收器負責回收，因此大小和生命週期不需要確定，具有很大的靈活性。
字符串：其對象的引用都是存儲在棧中的，如果是編譯期已經創建好(直接用雙引號定義的)的就存儲在常量池中，如果是運行期（new出來的）才能確定的就存儲在堆中。對於equals相等的字符串，在常量池中永遠只有一份，在堆中有多份。

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