理解Java String和String Pool

蔚落 2022-08-24 05:28 227阅读 0赞

要理解 java中String的运作方式，必须明确一点：String是一个非可变类（immutable）。什么是非可变类呢？简单说来，非可变类的实例是不能被修改的，每个实例中包含的信息都必须在该实例创建的时候就提供出来，并且在对象的整个生存周期内固定不变。java为什么要把String设计为非可变类呢？你可以问问 james Gosling ：）。但是非可变类确实有着自身的优势，如状态单一，对象简单，便于维护。其次，该类对象对象本质上是线程安全的，不要求同步。此外用户可以共享非可变对象，甚至可以共享它们的内部信息。（详见 《Effective java》item 13）。String类在java中被大量运用，甚至在class文件中都有其身影，因此将其设计为简单轻便的非可变类是比较合适的。  
一、创建。  
    好了，知道String是非可变类以后，我们可以进一步了解String的构造方式了。创建一个Stirng对象，主要就有以下两种方式：

java 代码  
    String str1 = new String("abc");      
    Stirng str2 = "abc";

虽然两个语句都是返回一个String对象的引用，但是jvm对两者的处理方式是不一样的。对于第一种，jvm会在内部维护的strings pool中放入一个"abc"对象，并在heap中创建一个String对象，然后将该heap中对象的引用返回给用户。对于第二种，jvm首先会在内部维护的strings pool中通过String的equels方法查找是对象池中是否存放有该String对象，如果有，则返回已有的String对象给用户，而不会在heap中重新创建一个新的String对象；如果对象池中没有该String对象，jvm则创建新的String对象添加至strings pool中，将其引用返回给用户。注意：使用第一种方法创建对象时，jvm是会主动把该对象放到strings pool里面的。看下面的例子：

java 代码  
    String str1 = new String("abc"); //jvm 在堆上创建一个String对象并在内部维护的strings pool中放入一个"abc"对象     
     
    //jvm在strings pool中能找到值为“abc”的字符串，将其引用直接返回给str2  
    Stirng str2 = "abc";     
    
    if(str1 == str2)\{  
        System.out.println("str1 == str2");     
    \}else\{     
        System.out.println("str1 != str2");     
    \}     
    //打印结果是 str1 != str2,因为前者指向heap中的对象，后者指向strings pool中的对象      
     
    String str3 = "abc";     
    //此时，jvm发现strings pool中已有“abc”对象了，因为“abc”equels “abc”     
    //因此直接返回str2指向的对象给str3，也就是说str2和str3是指向同一个对象的引用     
    if(str2 == str3)\{     
        System.out.println("str2 == str3");     
    \}else\{     
        System.out.println("str2 != str3");     
    \}     
    //打印结果为 str2 == str3

再看下面的例子：

java 代码  
    String str1 = new String("abc"); //jvm 在堆上创建一个String对象并在内部维护的strings pool中放入一个"abc"对象  
     
    str1 = str1.intern();

//程序显式将str1引用由原来的指向heap中对象改为指向内部维护的strings pool中的对象。  
    /\*intern的作用是：Returns a canonical representation for the string object. intern运行过程是这样的：When the intern method is invoked, if the pool already contains a string equal to this String object as determined by the equals(Object) method, then the string from the pool is returned. Otherwise, this String object is added to the pool and a reference to this String object is returned. \*/  
    //执行完该语句后，str1原来指向的String对象已经成为垃圾对象了，随时会     
    //被GC收集。      
     
    //此时，str1指向strings pool中的"abc”对象，也就是说str2和str1引用着同一个对象。    
    Stirng str2 = "abc";     
    
    if(str1 == str2)\{     
        System.out.println("str1 == str2");     
    \}else\{     
        System.out.println("str1 != str2");     
    \}     
   //打印结果是 str1 == str2

为什么jvm可以这样处理String对象呢？就是因为String的非可变性。既然所引用的对象一旦创建就永不更改，那么多个引用共用一个对象时互不影响。

但是如果用+号来实现String的串接时：1）仅当+号两边均为字符串常量时，才将其+后的结果当做字符串常量，且该结果直接放入strings pool；2）若+号两边有一方为变量时，+后的结果即当做非字符串常量处理(等同于new String()的效果)。

二、串接（Concatenation）。  
   java程序员应该都知道滥用String的串接操作符是会影响程序的性能的。性能问题从何而来呢？归根结底就是String类的非可变性。既然String对象都是非可变的，也就是对象一旦创建了就不能够改变其内在状态了，但是串接操作明显是要增长字符串的，也就是要改变String的内部状态，两者出现了矛盾。怎么办呢？要维护String的非可变性，只好在串接完成后新建一个String 对象来表示新产生的字符串了。也就是说，每一次执行串接操作都会导致新对象的产生，如果串接操作执行很频繁，就会导致大量对象的创建，性能问题也就随之而来了。  
   为了解决这个问题，jdk为String类提供了一个可变的配套类，StringBuffer。使用StringBuffer对象，由于该类是可变的，串接时仅仅时改变了内部数据结构，而不会创建新的对象，因此性能上有很大的提高。针对单线程，jdk 5.0还提供了StringBuilder类，在单线程环境下，由于不用考虑同步问题，使用该类使性能得到进一步的提高。

三、String的长度  
   我们可以使用串接操作符得到一个长度更长的字符串，那么，String对象最多能容纳多少字符呢？查看String的源代码我们可以得知类String中是使用域 count 来记录对象字符的数量，而count 的类型为 int，因此，我们可以推测最长的长度为 2^32，也就是4G。  
   不过，我们在编写源代码的时候，如果使用 Sting str = "aaaa";的形式定义一个字符串，那么双引号里面的ASCII字符最多只能有 65534 个。为什么呢？因为在class文件的规范中， CONSTANT\_Utf8\_info表中使用一个16位的无符号整数来记录字符串的长度的，最多能表示 65536个字节，而java class 文件是使用一种变体UTF-8格式来存放字符的，null值使用两个字节来表示，因此只剩下 65536－ 2 ＝ 65534个字节。也正是变体UTF-8的原因，如果字符串中含有中文等非ASCII字符，那么双引号中字符的数量会更少（一个中文字符占用三个字节）。如果超出这个数量，在编译的时候编译器会报错。