【深入Java字符串】（1）Java String设计原理

 

一、Java内存模型与String

 

按照官方的说法：Java 虚拟机具有一个堆，堆是运行时数据区域，所有类实例和数组的内存均从此处分配。

    JVM主要管理两种类型内存：堆和非堆，堆内存（Heap Memory）是在 Java 虚拟机启动时创建，非堆内存(Non-heap Memory)是在JVM堆之外的内存。

简单来说，非堆包含方法区、JVM内部处理或优化所需的内存（如 JITCompiler，Just-in-time Compiler，即时编译后的代码缓存）、每个类结构（如运行时常数池、字段和方法数据）以及方法和构造方法的代码。

    Java的堆是一个运行时数据区,类的(对象从中分配空间。这些对象通过new、newarray、 anewarray和multianewarray等指令建立，它们不需要程序代码来显式的释放。堆是由垃圾回收来负责的，堆的优势是可以动态地分配内存大小，生存期也不必事先告诉编译器，因为它是在运行时动态分配内存的，Java的垃圾收集器会自动收走这些不再使用的数据。但缺点是，由于要在运行时动态分配内存，存取速度较慢。 

　　栈的优势是，存取速度比堆要快，仅次于寄存器，栈数据可以共享。但缺点是，存在栈中的数据大小与生存期必须是确定的，缺乏灵活性。栈中主要存放一些基本类型的变量数据（int, short, long, byte, float, double, boolean, char）和对象句柄(引用)。 
 

    虚拟机必须为每个被装载的类型维护一个常量池。常量池就是该类型所用到常量的一个有序集合，包括直接常量（string,integer和 floating point常量）和对其他类型，字段和方法的符号引用。 

　　对于String常量，它的值是在常量池中的。而JVM中的常量池在内存当中是以表的形式存在的， 对于String类型，有一张固定长度的CONSTANT_String_info表用来存储文字字符串值，注意：该表只存储文字字符串值，不存储符号引用。说到这里，对常量池中的字符串值的存储位置应该有一个比较明了的理解了。在程序执行的时候,常量池会储存在Method Area,而不是堆中。常量池中保存着很多String对象; 并且可以被共享使用，因此它提高了效率

 

二、从根本上认识java.lang.string类与string池

 

首先，我建议先看看String类的源码实现，这是从本质上认识String类的根本出发点。从中可以看到：

1、String类是final的，不可被继承。public final class String。

2、String类是的本质是字符数组char[], 并且其值不可改变。private final char value[];

然后打开String类的API文档，可以发现：

3、String类对象有个特殊的创建的方式，就是直接指定比如String x = "abc"，"abc"就表示一个字符串对象。而x是"abc"对象的地址，也叫做"abc"对象的引用。

4、String对象可以通过“+”串联。串联后会生成新的字符串。也可以通过concat()来串联，这个后面会讲述。

6、Java运行时会维护一个String Pool（String池），JavaDoc翻译很模糊“字符串缓冲区”。String池用来存放运行时中产生的各种字符串，并且池中的字符串的内容不重复。而一般对象不存在这个缓冲池，并且创建的对象仅仅存在于方法的堆栈区。下面是个系统内存示意图：

 

5、创建字符串的方式很多，归纳起来有三类：

其一，使用new关键字创建字符串，比如String s1 = new String("abc");

其二，直接指定。比如String s2 = "abc";

其三，使用串联生成新的字符串。比如String s3 = "ab" + "c";

 

二、String对象的创建

String对象的创建也很讲究，关键是要明白其原理。

原理1：当使用任何方式来创建一个字符串对象s时，Java运行时（运行中JVM）会拿着这个X在String池中找是否存在内容相同的字符串对象，如果不存在，则在池中创建一个字符串s，否则，不在池中添加。

 

原理2：Java中，只要使用new关键字来创建对象，则一定会（在堆区或栈区）创建一个新的对象。

 

原理3：使用直接指定或者使用纯字符串串联来创建String对象，则仅仅会检查维护String池中的字符串，池中没有就在池中创建一个，有则罢了！但绝不会在堆栈区再去创建该String对象。

 

原理4：使用包含变量的表达式来创建String对象，则不仅会检查维护String池，而且还会在堆栈区创建一个String对象。

 

另外，String的intern()方法是一个本地方法，定义为public native String intern(); intern()方法的价值在于让开发者能将注意力集中到String池上。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（该对象由 equals(Object) 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，并且返回此 String 对象的引用。

 

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