学习String相关知识点的一些总结_小言_互联网的博客

学习String相关知识点的一些总结

2020-04-01 15:16 403人阅读评论(0)

由一个例子引出今天的猪脚。


        String ss = "ab";
        String s1 = "a";
        String s2 = "b";
        String s3 = s1 + s2;
        String s33 = "ab";
        String s4 = new String("a" + "b");

        System.out.println(ss == s3);//false
        System.out.println(s3 == s33);//false
        System.out.println(ss == s33);//true
        System.out.println("---------------------------------------");
        System.out.println(s3 == s1+s2);//false
        System.out.println(s3 == s4);//false
        System.out.println(ss == s4);//false
        System.out.println("---------------------------------------");
        String s5 = "a" + "b";
        System.out.println(s4 == s5);//false
        String s51 = "a" + "b";
        System.out.println(s51 == s5);//true
        System.out.println("---------------------------------------");
        final String s6 = "a";
        final String s7 = "b";
        System.out.println(ss == s5);//true
        System.out.println(ss == s6+s7); //true

执行结果：
false
false
true

false
false
false

false
true

true
true

下面从结果来看分析一下
首先，我们都知道 == 、equals这两种比较是否相等的方式，== 的比较两个基本类型那么判断 true/false 依据是值是否相等，对于非基本类型比较的是内存的地址是否相同。
ss == s3 false 说明变量String s3 =“a”+“b” 指向的地址不等于 String ss = “ab”;
String ss = "ab" ss 直接指向的是常量池中的“ab”的地址。而 s3 并不是直接指向常量池中的“ab”地址，故而 “a”+“b” 这一过程存在类似 new 对象的过程。指向的是其在堆中的地址。

接下来 ss == s33 true 这个说明都是指向的同一地址，都执向了常量池中的 “ab”。

 String s4 = new String("a" + "b");
 String ss = "ab";

s4 == ss false
这个可以结合下面这个常见的问题来解释：
众所周知，String 有两种声明方式

String a = "abc"；
String b = new String("abc");

这两种声明方式是有区别的，第一种方式是栈内存a 指向常量池中的“abc”。
第二种方式是在堆中开辟内存创建了一个String 对象，然后这个对象指向的是线程池中的“abc”。

换一种说法就是下面这个问题的答案。
String a = new String(“abc”) 创建多少个对象？

在常量池中查找是否有“abc”对象
有则返回对应的引用实例
没有则创建对应的实例对象
在堆中 new 一个 String(“abc”) 对象
将对象地址赋值给str4,创建一个引用

所以，` 常量池中没有“abc”字面量则创建两个对象，否则创建一个对象，以及创建一个引用变量，往往会提出这样的变式题：
String str1 = new String(“A”+“B”) ; 会创建多少个对象?
String str2 = new String(“ABC”) + “ABC” ; 会创建多少个对象?
str1：
字符串常量池：“AB” : 1个
堆：new String(“AB”) ：1个
引用： str1 ：1个
总共： 5个

str2 ：
字符串常量池：“ABC” : 1个
堆：new String(“ABC”) ：1个
引用： str2 ：1个
总共： 3个

下面用图形表示一下String a = new String(“abc”)在jvm内存中的分布，

JVM的内存区域

JVM的内存区域分为程序计数器、虚拟机栈、本地方法区、堆、方法区 5部分。
这5部分又可以根据是否线程私有，归为两类。

线程私有：程序计数器、虚拟机栈、本地方法区。
线程共享：堆、方法区。

程序计数器（线程私有）：一块较小的内存空间, 是当前线程所执行的字节码的行号指示器，每条线程都要有一个独立的程序计数器 ，这类内存也称为“线程私有”的内存。
正在执行 java 方法的话，计数器记录的是虚拟机字节码指令的地址（当前指令的地址）。

虚拟机栈（线程私有）：是描述java方法执行的内存模型 ，每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息 。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。
栈帧（ Frame）是用来存储数据和部分过程结果的数据结构，同时也被用来处理动态链接(Dynamic Linking)、方法返回值和异常分派（ Dispatch Exception）。栈帧随着方法调用而创建，随着方法结束而销毁——无论方法是正常完成还是异常完成（抛出了在方法内未被捕获的异常）都算作方法结束。

本地方法区（线程私有）：本地方法区和 Java Stack 作用类似, 区别是虚拟机栈为执行 Java 方法服务, 而本地方法栈则为Native 方法服务 , 如果一个 VM 实现使用 C-linkage 模型来支持 Native 调用, 那么该栈将会是一个C 栈，但 HotSpot VM 直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

堆（Heap- 线程共享）-运行时数据区：是被线程共享的一块内存区域，创建的对象和数组都保存在 Java 堆内存中，也是垃圾收集器进行垃圾收集的最重要的内存区域 。由于现代 VM 采用分代收集算法, 因此 Java 堆从 GC 的角度还可以细分为: 新生代( Eden 区、 From Survivor 区和 To Survivor 区 )和老年代。

方法区/ 永久代（线程共享）：即我们常说的永久代(Permanent Generation), 用于存储被 JVM 加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据 . HotSpot VM把GC分代收集扩展至方法区, 即使用Java堆的永久代来实现方法区, 这样 HotSpot 的垃圾收集器就可以像管理 Java 堆一样管理这部分内存,而不必为方法区开发专门的内存管理器(永久带的内存回收的主要目标是针对常量池的回收和类型的卸载, 因此收益一般很小)。
运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。Class 文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述等信息外，还有一项信息是常量池（Constant Pool Table），用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中 。 Java 虚拟机对 Class 文件的每一部分（自然也包括常量池）的格式都有严格的规定，每一个字节用于存储哪种数据都必须符合规范上的要求，这样才会被虚拟机认可、装载和执行。
常量池的设计保证了String 类型的唯一性，避免了重复开辟空间，节省了内存。这里可以扩展一个问题，String 为什么被设计成不可变的？

另java8开始没有永久代一说，改成元空间。
Java 8: 从永久代（PermGen）到元空间（Metaspace）

String类型为什么不可变

下面来聊一下的String 为什么被设计成不可变的？

String是Java中最常用的类，是不可变的(Immutable), 那么String是如何实现Immutable呢，String为什么要设计成不可变呢？
先翻看String 底层实现：

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    /** The value is used for character storage. */
    private final char value[];

    /** Cache the hash code for the string */
    private int hash; // Default to 0
    
    //other codes
}

String 的底层实现是依靠 char value[] 数组，既然依靠的是基础类型变量，那么他一定是可变的， String 之所以不可变，是因为 Java 的开发者通过技术实现，隔绝了使用者对 String 的底层数据的操作。

String 不可变的技术实现
String 类由关键字 final 修饰，说明该类不可继承
char value[] 属性也被 final 所修饰，说明 value 的引用在创建之后，就不能被改变
以上两点并不能完全实现 String 不可变，原因在于：

final int[] value={1,2,3}
      int[] another={4,5,6};
value=another;    // 编译器报错，final不可变

value 被 final 修饰，只能保证引用不被改变，但是 value 所指向的堆中的数组，才是真实的数据，只要能够操作堆中的数组，依旧能改变数据。

final int[] value={1,2,3};
value[2]=100;  //这时候数组里已经是{1,2,100}

所有的成员属性均被 private 关键字所修饰
为了实现 String 不可变，关键在于Java的开发者在设计和开发 String 的过程中，没有暴露任何的内部成员，与此同时 API 的设计是均没有操作 value 的值 , 而是采用 new String() 的方式返回新的字符串，保证了 String 的不可变。
JDK String API 源码：

public static String valueOf(char c) {
        char data[] = {c};
        return new String(data, true);  //采用 new String() 的方式返回新的字符串
    }
    
    public String concat(String str) {
        int otherLen = str.length();
        if (otherLen == 0) {
            return this;
        }
        int len = value.length;
        char buf[] = Arrays.copyOf(value, len + otherLen);
        str.getChars(buf, len);
        return new String(buf, true);  //采用 new String() 的方式返回新的字符串
    }

整个String设成final禁止继承，避免被其他人继承后破坏。所以String是不可变的关键都在底层的实现，而不是一个final。

为什么会将 String 设计为不可变？

安全
保证线程安全，在并发场景下，多个线程同时读写资源时，会引竞态条件，由于 String 是不可变的，不会引发线程的问题而保证了线程的安全。
HashCode，当 String 被创建出来的时候，hashcode也会随之被缓存，hashcode的计算与value有关，若 String 可变，那么 hashcode 也会随之变化，针对于 Map、Set 等容器，他们的键值需要保证唯一性和一致性，因此，String 的不可变性使其比其他对象更适合当容器的键值。
性能
当字符串是不可变时，字符串常量池才有意义。字符串常量池的出现，可以减少创建相同字面量的字符串，让不同的引用指向池中同一个字符串，为运行时节约很多的堆内存。若字符串可变，字符串常量池失去意义，基于常量池的String.intern()方法也失效，每次创建新的 String 将在堆内开辟出新的空间，占据更多的内存。

字符串常量池

在《深入理解java虚拟机》这本书上是这样写的：对于HotSpot虚拟机，根据官方发布的路线图信息，现在也有放弃永久代并逐步的改为采用Native Memory来实现方法区的规划了，在目前已经发布的JDK1.7的HotSpot中，已经把原来存放在方法区中的字符串常量池移出。根据查阅的资料显示在JDK1.7以后的版本中字符串常量池移到堆内存区域；同时在jdk1.8中移除整个永久代，取而代之的是一个叫元空间（Metaspace）的区域。

在 JAVA 语言中有8中基本类型和一种比较特殊的类型String。这些类型为了使他们在运行过程中速度更快，更节省内存，都提供了一种常量池的概念。常量池就类似一个JAVA系统级别提供的缓存。

java中两种创建字符串对象的方式的分析。

它的主要使用方法有两种：

直接使用双引号声明出来的String对象会直接存储在常量池中。
如果不是用双引号声明的String对象，可以使用String提供的intern方法。intern 方法会从字符串常量池中查询当前字符串是否存在，若不存在就会将当前字符串放入常量池中

String s1 = "abc";
String s2 = "abc";
System.out.println(s1==s2);  true；

采用字面值的方式创建一个字符串时，JVM首先会去字符串池中查找是否存在"abc"这个对象，如果不存在，则在字符串常量池中创建"abc"这个对象，然后将池中"abc"这个对象的引用地址返回给"abc"对象的引用s1，这样s1会指向字符串常量池中"abc"这个字符串对象；如果存在，则不创建任何对象，直接将池中"abc"这个对象的地址返回，赋给引用s2。因为s1、s2都是指向同一个字符串池中的"abc"对象，所以结果为true。

String s3 = new String("xyz");
String s4 = new String("xyz");
System.out.println(s3==s4); false

采用new关键字新建一个字符串对象时，JVM首先在字符串池中查找有没有"xyz"这个字符串对象，如果有，则不在池中再去创建"xyz"这个对象了，直接在堆中创建一个"xyz"字符串对象，然后将堆中的这个"xyz"对象的地址返回赋给引用s3，这样，s3就指向了堆中创建的这个"xyz"字符串对象；如果没有，则首先在字符串池中创建一个"xyz"字符串对象，然后再在堆中创建一个"xyz"字符串对象，然后将堆中这个"xyz"字符串对象的地址返回赋给s3引用，这样，s3指向了堆中创建的这个"xyz"字符串对象。s4则指向了堆中创建的另一个"xyz"字符串对象。s3 、s4是两个指向不同对象的引用，结果当然是false。

Intern的实现原理

/**
     * Returns a canonical representation for the string object.
     * <p>
     * A pool of strings, initially empty, is maintained privately by the
     * class {@code String}.
     * <p>
     * When the intern method is invoked, if the pool already contains a
     * string equal to this {@code String} object as determined by
     * the {@link #equals(Object)} method, then the string from the pool is
     * returned. Otherwise, this {@code String} object is added to the
     * pool and a reference to this {@code String} object is returned.
     *
     * @return  a string that has the same contents as this string, but is
     *          guaranteed to be from a pool of unique strings.
     */
    public native String intern();

String#intern方法中看到，这个方法是一个 native 的方法，但注释写的非常明了。“ 当调用 intern方法时，如果池已经包含一个等于此String对象的字符串（用equals(oject)方法确定），则返回池中的字符串。否则，将此String对象添加到池中，并返回此String对象的引用。

public void test(){
        //发现原来是在JVM启动的时候调用了一些方法，在常量池中已经生成了"java"字符串常量，
         String s2 = new String("ja") + new String("va");
         String s3 =  s2.intern();
         String s4 = "java";
         System.out.println(s2 == s3);fasle
         System.out.println(s3 == s4);true
    }

JDK1.8版本中，String常量池已经从方法区中的运行时常量池分离到堆中了，那么在堆中的String常量池里存的是String对象还是引用呢？

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