Java字符串常量池和intern方法解析

这篇文章,来讨论一下Java中的字符串常量池以及Intern方法.这里我们主要讨论的是jdk1.7,jdk1.8版本的实现.

字符串常量池

在日常开发中,我们使用字符串非常的频繁,我们经常会写下类似如下的代码:

String s = "abc";
String str = s + "def";

通常,我们一般不会这么写:String s = new String("jkl"),但其实这么写和上面的写法还是有很多区别的.

先思考一个问题,为什么要有字符串常量池这种概念?原因是字符串常量既然是不变的,那么完全就可以复用它,而不用再重新去浪费空间存储一个完全相同的字符串.字符串常量池是用于存放字符串常量的地方,在Java7和Java8中字符串常量池是堆的一部分.

假如我们有如下代码:

String s = "abc";
String s1 = s + "def";    
String s2 = new String("abc");
String s3 = new String("def");

那么从内存分配的角度上看,最终会有哪些字符串生成呢,首先我先给出一张图来代表最终的结论,然后再分析一下具体的原因:

现在来依次分析上面的代码的执行流程:

执行String s = "abc",此时遇到"abc"这个字符串常量,会在字符串常量池中完成分配,并且会将引用赋值给s,因此这条语句会在字符串常量池中分配一个"abc".(这里其实没有空格,是因为生成文章时出现了空格,下文中如果出现同样情况,请忽略空格)

执行String s1 = s + "def",其实这个语句看似简单,实则另有玄机,它其实最终编译而成的代码是这样的:String s1 = new StringBuilder("abc").append("def").toString().首先在这个语句中有两个字符串常量:"abc"和"def",所以在字符串常量池中应该放置"abc"和"def",但是上个步骤已经有"abc"了,所以只会放置"def".另外,new StringBuilder("abc")这个语句相当于在堆上分配了一个对象,如果是new出来的,是在堆上分配字符串,是无法共享字符串常量池里面的字符串的,也就是说分配到堆上的字符串都会有新的内存空间. 最后toString()也是在堆中分配对象(可以从源码中看到这个动作),最终相当于执行了new String("abcdef");所以总结起来,这条语句分析起来还是挺麻烦的,它分配了以下对象:

• 在字符串常量池分配"abc",但本来就有一个"abc"了,所以不需要分配
• 在字符串常量池中分配“def"
• 在堆中分配了"abc"
• 在堆中分配了"abcdef"

执行String s2 = new String("abc").首先有个字符串常量"abc",需要分配到字符串常量池,但是字符串常量池中已经有"abc"了,所以无需分配.因此new String("abc")最终在堆上分配了一个"abc".所以总结起来就是,在堆中分配了一个"abc"

执行String s3 = new String("def");.首先有个字符串常量"def",需要分配到字符串常量池,但是字符串常量池中已经有"def"了,所以无需分配.因此new String("def")最终在堆上分配了一个"def".所以总结起来就是,在堆中分配了一个"def"。

总结起来,全部语句执行后分配的对象如下:

• 在堆中分配了两个"abc",一个"abcdef",一个"def"
• 在字符串常量池中分配了一个"abc",一个"def"

也就是图中所表示的这些对象,如果明白了对象是如何分配的,我们就可以分析以下代码的结果:

String s = "abc";
String s1 = s + "def";    
String s2 = new String("abc");
String s3 = new String("def");
String s4 = "abcdef";
String s5 = "abc";
System.out.println(s == s2); //false 前者引用的对象在字符串常量池 后者在堆上
System.out.println(s == s5);; //true 都引用了字符串常量池中的"abc"
System.out.println(s1 == s4); //false 前者引用的对象在字符串常量池,后者在堆上

intern方法

在字符串对象中,有一个intern方法.在jdk1.7,jdk1.8中,它的定义是如果调用这个方法时,在字符串常量池中有对应的字符串,那么返回字符串常量池中的引用,否则返回调用时相应对象的引用,也就是说intern方法在jdk1.7,jdk1.8中只会复用某个字符串的引用,这个引用可以是对堆内存中字符串中的引用,也可能是对字符串常量池中字符串的引用.这里通过一个例子来说明,假如我们有下面这段代码:

String str = new String("abc");
String str2 = str.intern();
String str3 = new StringBuilder("abc").append("def").toString();
String str4 = str3.intern();
System.out.println(str == str2);
System.out.println(str3 == str4);   

那么str2和str以及str3和str4是否相等呢?如果理解了上面对字符串常量池的分析,那么我们可以明白在这段代码中,字符串在内存中是这么分配的:

• 在堆中分配两个"abc",一个“abcdef"
• 在字符串常量池中分配一个"def",一个"abc"

当执行String str2 = str.intern();时,会先从字符串常量池中寻找是否有对应的字符串,此时在字符串常量池中有一个"abc",那么str2就指向字符串常量池中的"abc",而str是new出来的,指向的是堆中的"abc",所以str不等于str2;

当执行String str4 = str3.intern();会先从字符串常量池中寻找"abcdef",此时字符串常量池中并没有"abcdef",因此str4会指向堆中的"abcdef",因此str3等于str4,我们会发现一个有意思的地方:如果将第三句改成String str3 = new StringBuilder("abcdef").toString();,也就是把append后面的字符串和前面的字符串做一个拼接,那么结果就会变成str3不等于str4.所以这两种写法的区别还是挺大的.

要注意的是,在jdk1.6中intern的定义是如果字符串常量池中没有对应的字符串,那么就在字符串常量池中创建一个字符串,然后返回字符串常量池中的引用,也就是说在jdk1.6中,intern方法返回的对象始终都是指向字符串常量池的.如果上面的代码在jdk1.6中运行,那么就会得到两个false,原因如下:

• 当执行String str2 = str.intern();时,会先从字符串常量池中寻找是否有对应的字符串,此时在字符串常量池中有一个"abc",那么str2就指向字符串常量池中的"abc",而str是new出来的,指向的是堆中的"abc",所以str不等于str2;
• 当执行String str4 = str3.intern();会先从字符串常量池中寻找"abcdef",此时字符串常量池中并没有"abcdef",因此执行intern方法会在字符串常量池中分配"abcdef",然后str4最终等于这个字符串的引用,因此str3不等于str4,因为上面的str3指向堆,而str4指向字符串常量池,所以两者一定不会相等.

在深入理解JVM虚拟机一书中,就有类似的代码:

String str1 = new StringBuilder("计算机").append("软件").toString();
System.out.println(str1 == str1.intern());
String str2 = new StringBuilder("ja").append("va").toString();
System.out.println(str2 == str2.intern());

在jdk1.6中,两个判断都为false.因为str1和str2都指向堆,而intern方法得出来的引用都指向字符串常量池,所以不会相等,和上面叙述的结论是一样的.在jdk1.7中,第一个是true,第二个是false.道理其实也和上述所讲的是一样的,对于第一个语句,最终会在堆上创建一个"计算机软件"的字符串,执行str1.intern()方法时,先在字符串常量池中寻找字符串,但没有找到,所以会直接引用堆上的这个"计算机软件",因此第一个语句会返回true,因为最终都是指向堆.而对于第三个语句,因为和第一个语句差不多,按理说最终比较也应该返回true.但实际上,str2.intern方法执行的时候,在字符串常量池中是可以找到"java"这个字符串的,这是因为在Java初始化环境去加载类的时候(执行main方法之前),已经有一个叫做"java"的字符串进入了字符串常量池,因此str2.intern方法返回的引用是指向字符串常量池的,所以最终判断的结果是false,因为一个指向堆,一个指向字符串常量池.

总结

从上面的分析看来,字符串常量池并不像是那种很简单的概念,要深刻理解字符串常量池,至少需要理解以下几点:

• 理解字符串会在哪个内存区域存放
• 理解遇到字符串常量会发生什么
• 理解new String或者是new StringBuilder产生的对象会在哪里存放
• 理解字符串拼接操作+最终编译出来的语句是什么样子的
• 理解toString方法会发生什么

这几点都在本文章中覆盖了,相信理解了这几点之后一定对字符串常量池有一个更深刻的理解.其实这篇文章的编写原因是因为阅读深入理解JVM虚拟机这本书的例子时突然发现作者所说的和我所想的是不一样的,但是书上可能对这方面没有展开叙述,所以我去查了点资料,然后写了一些代码来验证,最终决定写一篇文章来记录一下自己的理解,在编写代码过程中,还发现了一个分析对象内存地址的类库,我放在参考资料中了.

参考资料

https://www.baeldung.com/java-object-memory-address查看java对象内存地址

到此这篇关于Java字符串常量池和intern方法解析的文章就介绍到这了,更多相关Java字符串常量池和intern方法内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

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