String 特性详解
目录
一、String的不可变性
1. 原理
2. 不可变性
3. 不可变的好处
4. 不可变的缺点：
5. String “改变”的真相
6. String 不可变特性的破解
二、String 直接赋值和使用new的区别
1. 创建 String 对象的两种方式
2. 内存中的存储
3. Java常量池：
4. String 直接赋值和使用new的区别
（1）String直接赋值
（2）String使用new
三、字符串拼接方式及比较
1. "+" 拼接
2. concat 拼接
3. StringBuilder/StringBuffer append
4. 拼接比较
四、注意事项
五、常问案例分析
一、String的不可变性
1.原理
在 Java 8 中，String 内部使用 char 数组存储数据。
public final class String
implements java.io.Serializable, Comparable, CharSequence {
/** The value is used for character storage. */
private final char value[];
} 在 Java 9 之后，String 类的实现改用 byte 数组存储字符串，同时使用 coder 来标识使用了哪种编码。
public final class String
implements java.io.Serializable, Comparable, CharSequence {
/** The value is used for character storage. */
private final byte[] value;
/** The identifier of the encoding used to encode the bytes in {@code value}. */
private final byte coder;
} 2. 不可变性
String对象是不可变的，即对象的状态（成员变量）在对象创建之后不再改变。
不可变性实现，由String内部构造：
（1）String 被声明为 final，因此它不可被继承。(Integer 等包装类也不能被继承）
（2）value 数组被声明为 final，这意味着 value 数组初始化之后就不能再引用其它数组。
（3）String 内部没有改变 value 数组的方法。
可知String是不可变的。
补充：不可变的实现：
String类被final修饰，保证类不被继承。
String内部所有成员都设置为私有变量，并且用final修饰符修饰，保证成员变量初始化后不被修改。
不提供setter方法改变成员变量，即避免外部通过其他接口修改String的值。
通过构造器初始化所有成员（value[]）时，对传入对象进行深拷贝（deep copy），避免用户在String类以外通过改变这个对象的引用来改变其内部的值。
在getter方法中，不要直接返回对象引用，而是返回对象的深拷贝，防止对象外泄。3. 不可变的好处
（1）满足字符串常量池的需要（有助于共享）
可以将字符串对象保存在字符串常量池中以供与字面值相同字符串对象共享。
如果一个 String 对象已经被创建过了，那么就会从 String Pool 中取得引用。只有 String 是不可变的，才可能使用 String Pool。
如果String对象是可变的，那就不能这样共享，因为一旦对某一个String类型变量引用的对象值改变，将同时改变一起共享字符串对象的其他 String类型变量所引用的对象的值。
（2）线程安全考虑
同一个字符串实例可以被多个线程共享。字符串的不变性保证字符串本身便是线程安全的。
（3）支持hash映射和缓存
因为字符串是不可变的，所以在它创建的时候hashcode就被缓存了，不需要重新计算。这就使得String很适合作为Map中的键，字符串的处理速度要快过其它的键对象。这就是HashMap中的键往往都使用字符串。
4.不可变的缺点：
String对象不适用于经常发生修改的场景，会创建大量的String对象。
5. String “改变”的真相
public static void main(String[] args) {
String s = "ABCDEF";
System.out.println("s = " + s);
s = "123456";
System.out.println("s = " + s);
}String的改变实际上是（在常量池中）创建了一个新的String对象"123456"，并将引用指向了这个新的对象，同时原来的String对象"ABCDEF"并没有发生改变，仍保存在内存中。如下图所示：
6. String 不可变特性的破解
通过反射获取value数组直接改变内存数组中的数据是可以修改所谓的"不可变"对象的。
public static void reflectString() throws Exception{
// 创建字符串"ABCDEF"并赋给引用s
String s = "ABCDEF";
System.out.println("s = " + s); // s = ABCDEF
Field valueField = s.getClass().getDeclaredField("value"); // 获取String类中value字段
valueField.setAccessible(true); // 改变value属性的访问权限
char[] value = (char[]) valueField.get(s); // 获取s对象上的value属性的值
value[0] = 'a'; // 改变value所引用的数组中的某个位置字符
value[2] = 'c';
value[4] = 'e';
System.out.println("s = " + s); // s = aBcDeF
}二、String 直接赋值和使用new的区别
1. 创建 String 对象的两种方式
2. 内存中的存储
对于String，其对象的引用都是存储在栈中的。
java中对String对象特殊对待，所以在heap堆区域分成了两块，一块是字符串常量池(String constant pool)，用于存储java字符串常量对象，另一块用于存储普通对象及字符串对象。
3.Java常量池：
类在加载完成之后，会在内存中存储类中的一些字面量（本身即是值如10，“abc”），对于字符串常量来说，Java会保证常量池中的字面量不会有多个副本，也就是说在常量池中的字符串不可能有两个字符串是相同的，但是Java代码中可能不同的变量的值是相同的，那么在编译期间，这两个变量值所在地址是相同的。而且Java在编译期间会对字符串进行一定的处理，如果一个字符串采用拼接的方式，并且拼接的内容都是字面量的话，那么会自动将字符串先拼接完再赋值，如果常量池中已经有了拼接完成之后的字面量，那么此变量的值的地址就是常量池中的完整字符串的地址。需要注意的是，String在赋值完成之后修改，是会产生新的变量的。
4. String 直接赋值和使用new的区别
（1）String直接赋值
String str = "reeves";
str = "ABC";
//String通过直接赋值的方式，实际上在常量池中存储了"reeves"和"ABC"两个字面值，
在字符串变量赋予新的值的时候并不会改变原先存储的值，
它会再新建一个字符串，而在栈中变量存储的值的地址是变了的。String str1 = “ABC”;可能创建一个或者不创建对象，如果”ABC”这个字符串在java String池里不存在，会在JVM的字符串池里创建一个String对象(“ABC”)，然后str1指向这个内存地址，无论以后用这种方式创建多少个值为”ABC”的字符串对象，始终只有一个内存地址被分配，之后的都是String的拷贝，Java中称为“字符串驻留”，所有的字符串常量都会在编译之后自动地驻留。
编译期已经创建好(直接用双引号定义的"ABC")的就存储在字符串常量池中。即jvm会在String constant pool中创建对象。字符串常量池（String Pool）保存着所有字符串字面量（literal strings），这些字面量在编译时期就确定。不仅如此，还可以使用 String 的 intern() 方法在运行过程中将字符串添加到 String Pool 中。String Pool用于共享字符串字面量，防止产生大量String对象导致OOM。
jvm会首先在String constant pool 中寻找是否已经存在（equals）“ABC"常量，如果没有则创建该常量，并且将此常量的引用返回给String a；如果已有"ABC” 常量，则直接返回String constant pool 中“ABC” 的引用给String a。
当一个字符串调用 intern() 方法时，如果 String Pool 中已经存在一个字符串和该字符串值相等（使用 equals() 方法进行确定），那么就会返回 String Pool 中字符串的引用；否则，就会在 String Pool 中添加一个新的字符串，并返回这个新字符串的引用。
equals相等（指向同一引用）的字符串在常量池中永远只有一份。
intern() 方法返回字符串对象的规范化表示形式，即一个字符串，内容与此字符串相同，但一定取自具有唯一字符串的池。
它遵循以下规则：对于任意两个字符串 s 和 t，当且仅当 s.equals(t) 为 true 时，s.intern() == t.intern() 才为 true。（2）String使用new
String str2 = new String("ABC");
//上面语句实际上创建了2个字符串对象，
一个是“ABC”这个直接量对应的对象，
一个是new String()构造器返回的字符串对象。String str2 = new String(“ABC”);至少创建一个对象，也可能两个。因为用到new关键字，肯定会在heap中创建一个str2的String对象，它的value是“ABC”。同时如果这个字符串再java String池里不存在，会在java池里创建这个String对象“ABC”。
运行期（new出来的 new String(s)）才能确定的就存储在堆中。即jvm会直接在heap中非String constant pool 中创建字符串对象，然后把该对象引用返回给String b（并且不会把"ABC” 加入到String constant pool中）。
new就是在堆中创建一个新的String对象，不管"ABC"在内存中是否存在，都会在堆中开辟新空间。
equals相等的字符串在堆中可能有多份。
对于 new String(“ABC”)，使用这种方式一共会创建两个字符串对象（前提是 String Pool 中还没有 “ABC” 字符串对象）。这两个字符串对象指向同一个value数组。
“ABC” 属于字符串字面量，因此编译时期会在 String Pool 中创建一个字符串对象，指向这个 “ABC” 字符串字面量；
而使用 new 的方式会在堆中创建一个字符串对象。
String s1 = new String("aaa");
String s2 = new String("aaa");
System.out.println(s1 == s2); // false，指向堆内不同引用
String s3 = s1.intern();
String s4 = s1.intern();
System.out.println(s3 == s4); // true，指向字符串常量池中相同引用
String s5 = "bbb";
String s6 = "bbb";
System.out.println(s5 == s6); // true，指向字符串常量池中相同引用三、字符串拼接方式及比较
1. "+" 拼接
加号拼接字符串jvm底层其实是调用StringBuilder来实现的，也就是说”a” + “b” + "c"等效于下面的代码片。
// String d = "a"+"b"+"c";等效于
String d = new StringBuilder().append("a").append("b").append("c").toString();但并不是说直接用“+”号拼接就可以达到StringBuilder的效率了，因为每次使用 "+"拼接 都会新建一个StringBuilder对象，并且最后toString()方法还会生成一个String对象。在循环拼接十万次的时候，就会生成十万个StringBuilder对象，会产生大量内存消耗。
2. concat 拼接
concat其实就是申请一个char类型的buf数组，将需要拼接的字符串都放在这个数组里，最后再创建并返回一个新的String对象。
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);
}3. StringBuilder/StringBuffer append
这两个类实现append的方法都是调用父类AbstractStringBuilder的append方法，只不过StringBuffer是append方法加了sychronized关键字，因此是线程安全的。append代码如下，他主要也是利用char数组保存字符，通过ensureCapacityInternal方法来保证数组容量可用还有扩容。
public AbstractStringBuilder append(String str) {
if (str == null)
return appendNull();
int len = str.length();
ensureCapacityInternal(count + len);
str.getChars(0, len, value, count);
count += len;
return this;
}他扩容的方法的代码如下，可见，当容量不够的时候，数组容量右移1位（也就是翻倍）再加2。
private int newCapacity(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int newCapacity = (value.length << 1) + 2;
if (newCapacity - minCapacity < 0) {
newCapacity = minCapacity;
}
return (newCapacity <= 0 || MAX_ARRAY_SIZE - newCapacity < 0)
? hugeCapacity(minCapacity)
: newCapacity;
}4. 拼接比较
四、注意事项
1. 在JVM里，考虑到垃圾回收（Garbage Collection）的方便，将heap(堆)划分为三部分：young generation(新生代)、tenured generation （old generation）（旧生代）、permanent generation（永生代）。 字符串为了解决字符串重复问题，生命周期长，存于pergmen中。
2.
public class Test2 {
public static void main(String[] args) {
String s1 = new String("ABC");
String s2 = new String("ABC");
System.out.println(s1 == s2); //false
System.out.println(s1.equals(s2)); //true
}
} 如果将一个字符串连接表达式赋给字符串变量，如果这个字符串连接表达式的值可以在编译时就确定下来，那么JVM会在编译时确定字符串变量的值，并让它指向字符串池中对应的字符串。
但是如果程序使用了变量或者调用了方法，那就只有在运行时才能确定该字符串表达式的值，因此无法在编译时确定值，无法利用JVM的字符串池。
public class Test2 {
public static void main(String[] args) {
String s1 = "ABCDEF";
String s2 = "ABC" + "DEF";
System.out.println(s1 == s2);//true,可以在编译时确定
String s3 = "DEF";
String s4 = "ABC" + s3;
System.out.println(s1 == s4);//false,无法在编译时确定
final String S5 = "DEF";
String s6 = "ABC" + S5;
System.out.println(s1 == s6);//true,使用final关键字,在编译时将对S5进行宏替换
}
}当程序中需要使用字符串、基本数据类型包装实例时，应该尽量使用字符串直接量、基本数据类型的直接量，避免通过new String()、new Integer()等形式来创建字符串、基本数据类型包装类实例，这样能保证较好的性能。
五、常问案例分析
String a=“a”+“b”+"c"在内存中创建几个对象？——1个对象
String a = “a”+“b”+"c"经过编译器优化后得到的效果为String a = “abc”
java编译期会进行常量折叠，全字面量字符串相加是可以折叠为一个字面常量，而且是进入常量池的。
在JAVA虚拟机（JVM）中存在着一个字符串池，其中保存着很多String对象，并且可以被共享使用，因此它提高了效率。由于String类是final的，它的值一经创建就不可改变，因此我们不用担心String对象共享而带来程序的混乱。字符串池由String类维护，我们可以调用intern()方法来访问字符串池。
对于String a=“abc”;，这行代码被执行的时候，JAVA虚拟机首先在字符串池中查找是否已经存在了值为"abc"的这么一个对象，它的判断依据是String类equals(Object obj)方法的返回值。如果有，则不再创建新的对象，直接返回已存在对象的引用；如果没有，则先创建这个对象，然后把它加入到字符串池中，再将它的引用返回。
字符串内部拼接：只有使用引号包含文本的方式创建的String对象之间使用“+”连接产生的新对象才会被加入字符串池中。对于所有包含new方式新建对象（包括null）的“+”连接表达式，它所产生的新对象都不会被加入字符串池中，
String s=new String(“abc”)创建了几个对象？——2个对象
new String(“abc”)可看成"abc"（创建String对象）和new String(String original)（String构造器，创建String对象）2个对象。
我们正是使用new调用了String类的上面那个构造器方法创建了一个对象，并将它的引用赋值给了str变量。同时我们注意到，被调用的构造器方法接受的参数也是一个String对象，这个对象正是"abc"。
