我终于搞清楚了和String有关的那点事儿。

╰+攻爆jí腚メ 2022-05-20 23:56 276阅读 0赞

String，是Java中除了基本数据类型以外，最为重要的一个类型了。很多人会认为他比较简单。但是和String有关的面试题有很多，下面我随便找两道面试题，看看你能不能都答对：

Q1：`String s = new String("hollis");`定义了几个对象。

Q2：如何理解`String`的`intern`方法？

上面这两个是面试题和String相关的比较常考的，很多人一般都知道答案。

A1：若常量池中已经存在"hollis"，则直接引用，也就是此时只会创建一个对象，如果常量池中不存在"hollis"，则先创建后引用，也就是有两个。

A2：当一个String实例调用intern()方法时，JVM会查找常量池中是否有相同Unicode的字符串常量，如果有，则返回其的引用，如果没有，则在常量池中增加一个Unicode等于str的字符串并返回它的引用；

两个答案看上去没有任何问题，但是，仔细想想好像哪里不对呀。

按照上面的两个面试题的回答，就是说`new String`会检查常量池，如果有的话就直接引用，如果不存在就要在常量池创建一个，那么还要intern干啥？难道以下代码是没有意义的吗？

String s = new String("Hollis").intern();

如果，每当我们使用new创建字符串的时候，都会到字符串池检查，然后返回。那么以下代码也应该输出结果都是`true`?

String s1 = "Hollis";
        String s2 = new String("Hollis");
        String s3 = new String("Hollis").intern();
    
        System.out.println(s1 == s2);
        System.out.println(s1 == s3);

但是，以上代码输出结果为（base jdk1.8.0\_73）：

false
    true

不知道，聪明的读者看完这段代码之后，是不是有点被搞蒙了，到底是怎么回事儿？

别急，且听我慢慢道来。

字面量和运行时常量池

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。为了减少在JVM中创建的字符串的数量，字符串类维护了一个字符串常量池。

在JVM运行时区域的方法区中，有一块区域是运行时常量池，主要用来存储**编译期**生成的各种**字面量**和**符号引用**。

了解Class文件结构或者做过Java代码的反编译的朋友可能都知道，在java代码被`javac`编译之后，文件结构中是包含一部分`Constant pool`的。比如以下代码：

public static void main(String[] args) {
        String s = "Hollis";
    }

经过编译后，常量池内容如下：

Constant pool:
       #1 = Methodref          #4.#20         // java/lang/Object."<init>":()V
       #2 = String             #21            // Hollis
       #3 = Class              #22            // StringDemo
       #4 = Class              #23            // java/lang/Object
       ...
       #16 = Utf8               s
       ..
       #21 = Utf8               Hollis
       #22 = Utf8               StringDemo
       #23 = Utf8               java/lang/Object

上面的Class文件中的常量池中，比较重要的几个内容：

#16 = Utf8               s
       #21 = Utf8               Hollis
       #22 = Utf8               StringDemo

上面几个常量中，`s`就是前面提到的**符号引用**，而`Hollis`就是前面提到的**字面量**。而Class文件中的常量池部分的内容，会在运行期被运行时常量池加载进去。关于字面量，详情参考Java SE Specifications

new String创建了几个对象

下面，我们可以来分析下`String s = new String("Hollis");`创建对象情况了。

这段代码中，我们可以知道的是，在编译期，**符号引用**`s`和**字面量**`Hollis`会被加入到Class文件的常量池中，然后在类加载阶段，这两个常量会进入常量池。

但是，这个“进入”过程，并不会直接把所有类中定义的常量全部都加载进来，而是会做个比较，如果需要加到字符串常量池中的字符串已经存在，那么就不需要再把字符串字面量加载进来了。

所以，当我们说<若常量池中已经存在"hollis"，则直接引用，也就是此时只会创建一个对象>说的就是这个字符串字面量在字符串池中被创建的过程。

说完了编译期的事儿了，该到运行期了，在运行期，`new String("Hollis");`执行到的时候，是要在Java堆中创建一个字符串对象的，而这个对象所对应的字符串字面量是保存在字符串常量池中的。但是，`String s = new String("Hollis");`，**对象的符号引用`s`是保存在Java虚拟机栈上的，他保存的是堆中刚刚创建出来的的字符串对象的引用。**

所以，你也就知道以下代码输出结果为false的原因了。

String s1 = new String("Hollis");
    String s2 = new String("Hollis");
    System.out.println(s1 == s2);

因为，`==`比较的是`s1`和`s2`在堆中创建的对象的地址，当然不同了。但是如果使用`equals`，那么比较的就是字面量的内容了，那就会得到`true`。

![70][]

在不同版本的JDK中，Java堆和字符串常量池之间的关系也是不同的，这里为了方便表述，就画成两个独立的物理区域了。具体情况请参考Java虚拟机规范。

上图中s1和s2是两个完全不同的对象，在堆中有自己的内存空间，当然不相等了。  
所以，`String s = new String("Hollis");`创建几个对象的答案你也就清楚了。

**常量池中的“对象”是在编译期就确定好了的，在类被加载的时候创建的，如果类加载时，该字符串常量在常量池中已经有了，那这一步就省略了。堆中的对象是在运行期才确定的，在代码执行到new的时候创建的。**

运行时常量池的动态扩展

**编译期**生成的各种**字面量**和**符号引用**是运行时常量池中比较重要的一部分来源，但是并不是全部。那么还有一种情况，可以在运行期像运行时常量池中增加常量。那就是`String`的`intern`方法。

当一个`String`实例调用`intern()`方法时，JVM会查找常量池中是否有相同Unicode的字符串常量，如果有，则返回其的引用，如果没有，则在常量池中增加一个Unicode等于str的字符串并返回它的引用；

**intern()有两个作用，第一个是将字符串字面量放入常量池（如果池没有的话），第二个是返回这个常量的引用。**

我们再来看下开头的那个让人产生疑惑的例子：

你可以简单的理解为`String s1 = "Hollis";`和`String s3 = new String("Hollis").intern();`做的事情是一样的（但实际有些区别，这里暂不展开）。都是定义一个字符串对象，然后将其字符串字面量保存在常量池中，并把这个字面量的引用返回给定义好的对象引用。如下图：

![70 1][]

对于`String s3 = new String("Hollis").intern();`，在不调`intern`情况，s3指向的是JVM在堆中创建的那个对象的引用的（如图中的s2）。但是当执行了`intern`方法时，s3将指向字符串常量池中的那个字符串常量。

由于s1和s3都是字符串常量池中的字面量的引用，所以s1==s3。但是，s2的引用是堆中的对象，所以s2!=s1。

intern的正确用法

不知道，你有没有发现，在`String s3 = new String("Hollis").intern();`中，其实`intern`是多余的？

因为就算不用`intern`，Hollis作为一个字面量也会被加载到Class文件的常量池，进而加入到运行时常量池中，为啥还要多此一举呢？到底什么场景下才会用到intern呢?

在解释这个之前，我们先来看下以下代码：

String s1 = "Hollis";
        String s2 = "Chuang";
        String s3 = s1 + s2;
        String s4 = "Hollis" + "Chuang";

在经过反编译后，得到代码如下：

String s1 = "Hollis";
        String s2 = "Chuang";
        String s3 = (new StringBuilder()).append(s1).append(s2).toString();
        String s4 = "HollisChuang";

可以发现，同样是字符串拼接，s3和s4在经过编译器编译后的实现方式并不一样。s3被转化成`StringBuilder`及`append`，而s4被直接拼接成新的字符串。

如果你感兴趣，你还能发现，`String s4 = s1 + s2;` 经过编译之后，常量池中是有两个字符串常量的分别是 `Hollis`、`Chuang`（其实`Hollis`和`Chuang`是`String s1 = "Hollis";`和`String s2 = "Chuang";`定义出来的），拼接结果`HollisChuang`并不在常量池中。

如果代码只有`String s4 = "Hollis" + "Chuang";`，那么常量池中将只有`HollisChuang`而没有Hollis和 Chuang。

究其原因，是因为常量池要保存的是**已确定**的字面量值。也就是说，对于字符串的拼接，纯字面量和字面量的拼接，会把拼接结果作为常量保存到字符串。

如果在字符串拼接中，有一个参数是非字面量，而是一个变量的话，整个拼接操作会被编译成`StringBuilder.append`，这种情况编译器是无法知道其确定值的。只有在运行期才能确定。

那么，有了这个特性了，`intern`就有用武之地了。**那就是很多时候，我们在程序中用到的字符串是只有在运行期才能确定的，在编译期是无法确定的，那么也就没办法在编译期被加入到常量池中。**

这时候，对于那种可能经常使用的字符串，使用`intern`进行定义，每次JVM运行到这段代码的时候，就会直接把常量池中该字面值的引用返回，这样就可以减少大量字符串对象的创建了。

如一美团点评团队的《深入解析String\#intern》文中举的一个例子：

static final int MAX = 1000 * 10000;
    static final String[] arr = new String[MAX];
    
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Integer[] DB_DATA = new Integer[10];
        Random random = new Random(10 * 10000);
        for (int i = 0; i < DB_DATA.length; i++) {
            DB_DATA[i] = random.nextInt();
        }
        for (int i = 0; i < MAX; i++) {
             arr[i] = new String(String.valueOf(DB_DATA[i % DB_DATA.length])).intern();
        }
    }

在以上代码中，我们明确的知道，会有很多重复的相同的字符串产生，但是这些字符串的值都是只有在运行期才能确定的。所以，只能我们通过`intern`显示的将其加入常量池，这样可以减少很多字符串的重复创建。

总结

我们再回到文章开头那个疑惑：按照上面的两个面试题的回答，就是说`new String`也会检查常量池，如果有的话就直接引用，如果不存在就要在常量池创建一个，那么还要`intern`干啥？难道以下代码是没有意义的吗？

String s = new String("Hollis").intern();

new String 所谓的“如果有的话就直接引用”，指的是Java堆中创建的String对象中包含的字符串字面量直接引用字符串池中的字面量对象。也就是说，还是要在堆里面创建对象的。

而intern中说的“如果有的话就直接返回其引用”，指的是会把字面量对象的引用直接返回给定义的对象。这个过程是不会在Java堆中再创建一个String对象的。

的确，以上代码的写法其实是使用`intern`是没什么意义的。因为字面量Hollis会作为编译期常量被加载到运行时常量池。

之所以能有以上的疑惑，其实是对字符串常量池、字面量等概念没有真正理解导致的。有些问题其实就是这样，单个问题，自己都知道答案，但是多个问题综合到一起就蒙了。归根结底是知识的理解还停留在点上，没有串成面。

**本文中的内容欢迎大家讨论，因为笔者只是翻阅了部分JVM规范及Java语言规范，并未完全深入到虚拟机源码级别。如有偏颇请不吝赐教。**文中例子是为了方面讲解特意举的，如有不当之处望谅解。

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