【Java】String类的理解及字符串常量池

た入场券 2023-09-28 22:17 90阅读 0赞

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#### 文章目录 ####

*  一. String类简介
 *   *  1. 介绍
     *  2. 字符串构造
 *  二. 字符串常量池(StringTable)
 *   *  1. 思考？
     *  2. 介绍和分析
     *  3. intern方法
 *  三. 面试题：String类中两种对象实例化的区别
 *  四. 字符串的不可变性

## 一. String类简介 ##

### 1. 介绍 ###

字符串广泛应用 在 Java 编程中，在 Java 中字符串属于对象，Java 提供了 String 类来创建和操作字符串。

Java的String类在lang包里，java.lang.String是java字符串类，包含了字符串的值和实现字符串相关操作的一些方法；java.lang包里面的类都不需要手动导入，是由程序自动导入。

String表示字符串类型，属于**引用数据类型**， 内部并不存储字符串本身 ；Java 程序中的所有字符串字面值（如 “abc” ）都作为此类的实例实现。

在String类的实现源码中，String类实例变量如下：

![img][]

public static void main(String[] args) {
        
            // s1和s2引用的是不同对象 s1和s3引用的是同一对象
            String s1 = new String("hello");
            String s2 = new String("world");
            String s3 = s1;
            System.out.println(s1.length()); 
            // 获取字符串长度---输出5
            System.out.println(s1.isEmpty()); 
            // 如果字符串长度为0，返回true，否则返回false
    }

![img][img 1]

字符串存储在字符串常量池中，后文中给出具体的理解与分析。

### 2. 字符串构造 ###

String类提供的构造方式非常多，常用的就以下三种：

public static void main(String[] args) {
        
            // 使用常量串构造
            String s1 = "hello bit";
            System.out.println(s1);
        
            // 直接newString对象
            String s2 = new String("hello bit");
            System.out.println(s1);
        
            // 使用字符数组进行构造
            char[] array = {
        'h','e','l','l','o','b','i','t'};
            String s3 = new String(array);
            System.out.println(s1);
        }

## 二. 字符串常量池(StringTable) ##

### 1. 思考？ ###

通过下面的代码，分析和思考字符串对象的创建和字符串常量池。

public static void main(String[] args) {
        
            String s1 = "hello";
            String s2 = "hello";
            String s3 = new String("hello");
            String s4 = new String("hello");
            System.out.println(s1 == s2); // true
            System.out.println(s1 == s3); // false
            System.out.println(s3 == s4); // false
        }

执行及调试结果：

![img][img 2]

思考为什么执行结果中，创建的字符串的地址是一样的，使用new String的时候比较两个对象的地址却不一样，直接使用字符串常量(“ ”)进行赋值的两个对象比较是相同的；

为什么s1和s2引用的是同一个对象，而s3和s4不是呢？

### 2. 介绍和分析 ###

在Java程序中，类似于：1， 2， 3，3.14，“hello”等字面类型的常量经常频繁使用，为了使程序的运行速度更快、 更节省内存，Java为8种基本数据类型和String类都提供了常量池。

为了节省存储空间以及程序的运行效率，Java中引入了：

*  Class文件常量池：每个.Java源文件编译后生成.Class文件中会保存当前类中的字面常量以及符号信息
 *  运行时常量池：在.Class文件被加载时，.Class文件中的常量池被加载到内存中称为运行时常量池，运行时常量池每个类都有一份
 *  **字符串常量池(StringTable) ：字符串常量池在JVM中是StringTable类，实际是一个固定大小的HashTable**(一种高效用来进行查找的数据结构)，不同JDK版本下字符串常量池的位置以及默认大小是不同的：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>JDK版本</th> 
   <th>字符串常量池位置</th> 
   <th>大小设置</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>Java6</td> 
   <td>(方法区)永久代</td> 
   <td>固定大小：1009</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Java7</td> 
   <td>堆中</td> 
   <td>可设置，没有大小限制，默认大小：60013</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Java8</td> 
   <td>堆中</td> 
   <td>可设置，有范围限制，最小是1009</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**对1中的代码进行分析:**

1.  **直接使用字符串常量进行赋值**

public static void main(String[] args) {
        
            String s1 = "hello";
            String s2 = "hello";
            System.out.println(s1 == s2); // true
    }

![img][img 3]

当字节码文件加载时，字符常量串“hello”已经创建好了，并保存在字符串常量池中，

当直接使用常量串赋值的时候（ String s1 = “hello”;）会优先从字符串常量池找，找到了就将该字符串引用赋值给要赋值的对象（s1和s2）;

所以s1和s2内放的都是字符串常量池中“hello”字符串所创建对象的引用，是相同的。

1.  **通过new创建String类对象**

![img][img 4]

![img][img 5]

使用new来创建String对象，每次new都会新创建一个对象，每个对象的地址都是唯一的，所以s3和s4的引用是不相同的。

使用常量串创建String类型对象的效率更高，而且更节省空间。用户也可以将创建的 字符串对象通过 intern 方式添加进字符串常量池中。

### 3. intern方法 ###

`intern` 是一个native方法(Native方法指：底层使用C++实现的，看不到其实现的源代码);

**该方法的作用是手动将创建的String对象添加到常量池中。**

public static void main(String[] args) {
        
            char[] ch = new char[]{
        'a', 'b', 'c'};
            String s1 = new String(ch); // s1对象并不在常量池中
            //s1.intern(); 
            //intern调用之后，会将s1对象的引用放入到常量池中
            String s2 = "abc"; // "abc" 在常量池中存在了，s2创建时直接用常量池中"abc"的引用
            System.out.println(s1 == s2);
    
    }
    
    // 输出false
    // 将上述方法打开之后，就会输出true

## 三. 面试题：String类中两种对象实例化的区别 ##

JDK1.8中

1.  String str = “hello”；  
    只会开辟一块堆内存空间，保存在字符串常量池中，然后str共享常量池中的String对象
2.  String str = new String(“hello”)；  
    会开辟两块堆内存空间，字符串"hello"保存在字符串常量池中，然后用常量池中的String对象给新开辟的String对象赋值。
3.  String str = new String(new char\[\]\{‘h’, ‘e’, ‘l’, ‘l’, ‘o’\})  
    先在堆上创建一个String对象，然后利用copyof将重新开辟数组空间，将参数字符串数组中内容拷贝到String对象中

## 四. 字符串的不可变性 ##

String是一种不可变对象. 字符串中的内容是不可改变。字符串不可被修改，是因为：

1.  **String类在设计时就是不可改变的，String类实现描述中已经说明了**

![img][img 6]

![img][img 7]

String类中的字符实际保存在内部维护的value字符数组中，该图还可以看出：

*  String类被final修饰，表明该类不能被继承
 *  value被修饰被final修饰，表明value自身的值不能改变，即不能引用其它字符数组，但是其引用空间中的内容可以修改。
 *  **字符串真正不能被修改的原因是，存储字符串的value是被private修饰的，只能在String类中使用，但String中并没有提供访问value的公开方法**

网上有些人说：字符串不可变是因为其内部保存字符的数组被final修饰了，因此不能改变；**这种说法是错误的**，不是因为String类自身，或者其内部value被final修饰而不能被修改； final修饰类表明该类不想被继承，final修饰引用类型表明该引用变量不能引用其他对象，但是其引用对象中的内 容是可以修改的。

1.  **所有涉及到可能修改字符串内容的操作都是创建一个新对象，改变的是新对象**

比如 `replace` 方法：

![img][img 8]

**注意：**

尽量避免直接对String类型对象进行修改，因为String类是不能修改的，所有的修改都会创建新对象，效率非常低下。

public static void main(String[] args) {
        
            String str = "";
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
        
                str += i;
            }
            System.out.println(str);
    }

执行结果：

![img][img 9]

这种方式不推荐使用，因为其效率非常低，中间创建了好多临时对象。

下图是上面代码的汇编，可以看到每一次循环都需要重新创建一个StringBuuilder对象，效率非常低。

![img][img 10]

![img][img 11]

1.  创建一个StringBuild的对象，假设为temp
2.  将str对象append(追加)temp之后
3.  将"world"字符串append(追加)在temp之后.
4.  temp调用其toString方法构造一个新的String对象

![img][img 12]

1.  将新String对象的引用赋直给str

**将上述汇编过程转化为类似代码如下：**

public static void main(String[] args) {
        
            String str = "";
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
        
                StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
                stringBuilder.append(str);
                stringBuilder.append(i);
                str = stringBuilder.toString();
            }
            System.out.println(str);
    }

这里可以将上述代码优化一下进行对比，只创建一次StringBuilder即可：

public static void main8(String[] args) {
        
            String str = "";
            StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
            stringBuilder.append(str);
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
        
                stringBuilder.append(i);
            }
            System.out.println(stringBuilder);
    }

通过下面的代码对比String和StringBuildder、StringBuffer效率上的差异：

ublic static void main(String[] args) {
        
            long start = System.currentTimeMillis();
            String s = "";
            for(int i = 0; i < 10000; ++i){
        
                s += i;
            }
            long end = System.currentTimeMillis();
            System.out.println(end - start);
        
            start = System.currentTimeMillis();
            StringBuffer sbf = new StringBuffer("");
            for(int i = 0; i < 10000; ++i){
        
                sbf.append(i);
            }
            end = System.currentTimeMillis();
            System.out.println(end - start);
        
            start = System.currentTimeMillis();
            StringBuilder sbd = new StringBuilder();
            for(int i = 0; i < 10000; ++i){
        
                sbd.append(i);
            }
            end = System.currentTimeMillis();
            System.out.println(end - start);
    }

执行结果：

![img][img 13]

可以看出在对String类进行修改时，效率是非常慢的，因此：尽量避免对String的直接需要，如果要修改建议尽量 使用StringBuffer或者StringBuilder。

[078b66f87e3c4e309d7f34d79c5776c4.gif_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/078b66f87e3c4e309d7f34d79c5776c4.gif#pic_center
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[img 4]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/13b1f745fc4c051cbb82d652e48e2666.png
[img 5]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/eea9f1d0ba3c1cf8ca62d5696925fe8a.png
[img 6]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/b59ec7e925524af27a034a59f29b5b7a.png
[img 7]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/cc006af5ec70f129eb67442669e38a92.png
[img 8]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/e6b1c1c418ecefe65fde9d0d8c937067.png
[img 9]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/cf5a758084fc1b2337cde956105e9a52.png
[img 10]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/dbb6286242dc07c826b10c3078c6021a.png
[img 11]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/ade4f7e5e30140f692cc817beb465996.png
[img 12]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/b5d924cc9c548e1f29681236d17b3a00.png
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