String到底相不相等?String初始化及String.intern()方法浅析

引言

在各种面试题中经常见到类似下述的面试题

写出main方法的打印结果

    class test{        
        public static void main(String[] args){
            String s1 = new String("1") + new String("1") + new String("1");
            String s2 = new String("11") + new String("1");
            System.out.println(s1 == s2);
            s2.intern();
            String s3 = "111";
            System.out.println(s2 == s3);
            String s4 = s1.intern();
            System.out.println(s4 == s1);
    
            String s6 = new String("1");
            String s7 = "1";
            String s8 = s6.intern();
            System.out.println(s7 == s6);
            System.out.println(s8 == s6);
            System.out.println(s7 == s8);
        }
    }

答案为:

false
true
false
false
false
true
false
false
true

此题要求对String类的引用有相关了解,提炼相关的要点如下

要点列表

  1. 两个对象obj1和obj2,当且仅当obj1与obj2指向相同的引用(内存地址,对象地址)时,ojb1==obj2返回true,其他返回false
  2. String初始化时,若采用String s = "1";这种字面量直接赋值的形式,则过程为:
    判断字符串常量池中是否有值与字面量相同的引用,有的话s指向这个引用指向的对象,否则在堆上新建值为字面量的String对象,s指向新建的对象,并在字符串常量池中存储对应的引用
  3. String初始化时,若采用String s = new String("1");这种new对象的形式,或者使用其他带参构造器,则过程为:
    在堆上新建字符串实例,值为相关值,s直接指向堆上新增的这个对象
  4. String s = new String("1") + new String("1")等同于String s = new StringBuilder().append("1").append("1").toString();由于StringBuilder的toString方法也是调用的String的带参构造方法,
    因此在引用处理时,结果与3相同
  5. String类的intern()方法执行过程为:检查字符串常量区是否有相同值(hash)的引用,有的话返回此引用,否则将调用者放入字符串常量区,并返回调用者的引用

实际代码分析

如下为上述代码及每一行的分析

    String s1 = new String("1") + new String("1") + new String("1");
                                    ↓↓↓↓↓↓↓↓解析↓↓↓↓↓↓↓↓↓
        上面这段代码,在运行时会在堆上创建对象"1"并在字符串常量池中创建对应的引用,
        同时由于字符串常量池中没有值为"111"的对象,因此会在堆上创建一个值为"111"的对象,
        s1指向刚创建的这个"111"对象,但不会在常量池中新创建值为"111"的引用,因此常量池中仍旧
        没有值为"111"的对象

                                   ↓↓↓↓↓↓↓↓内存状态↓↓↓↓↓↓↓↓↓
        --------------------------------------堆--------------------------------------------
        addr1("1")
        addr2("111")
        ------------------------------------------------------------------------------------

        ---------------------------------字符串常量池---------------------------------------
        addr1("1")
        ------------------------------------------------------------------------------------

        ---------------------------------------变量-----------------------------------------
        s1 -> addr2
        ------------------------------------------------------------------------------------
        String s2 = new String("11") + new String("1");
    /*
                                    ↓↓↓↓↓↓↓↓解析↓↓↓↓↓↓↓↓↓
        上面这段代码,在运行时会在堆上创建对象"11"并在字符串常量池中创建对应的引用,
        同时由于字符串常量池中仍旧没有值为"111"的对象,因此会在堆上创建一个值为"111"的对象,
        s2指向刚创建的这个"111"对象,
        注意,此"111"对象地址与s1不同,此时在堆上存在两个值都为"111"的String对象

                                   ↓↓↓↓↓↓↓↓内存状态↓↓↓↓↓↓↓↓↓
        --------------------------------------堆--------------------------------------------
        addr1("1")
        addr2("111")
        addr3("11")
        addr4("111")
        ------------------------------------------------------------------------------------

        ---------------------------------字符串常量池---------------------------------------
        addr1("1")
        addr3("11")
        ------------------------------------------------------------------------------------

        ---------------------------------------变量-----------------------------------------
        s1 -> addr2
        s2 -> addr4
        ------------------------------------------------------------------------------------
        System.out.println(s1 == s2);
    /*
                                    ↓↓↓↓↓↓↓↓解析↓↓↓↓↓↓↓↓↓
        根据上面的运行过程可知,s1和s2分别指向堆上两个对象,只是堆上的对象恰巧值均为"111",
        因此打印false
     */
    s2.intern();
    /*
                                    ↓↓↓↓↓↓↓↓解析↓↓↓↓↓↓↓↓↓
        根据JDK7以后的实现,上面这句代码会检查字符串常量区,此时字符串常量区中没有值为"111"
        的引用,因此,会将s2的引用复制到字符串常量区

                                   ↓↓↓↓↓↓↓↓内存状态↓↓↓↓↓↓↓↓↓
        --------------------------------------堆--------------------------------------------
        addr1("1")
        addr2("111")
        addr3("11")
        addr4("111")
        ------------------------------------------------------------------------------------

        ---------------------------------字符串常量池---------------------------------------
        addr1("1")
        addr3("11")
        addr4("111")
        ------------------------------------------------------------------------------------

        ---------------------------------------变量-----------------------------------------
        s1 -> addr2
        s2 -> addr4
        ------------------------------------------------------------------------------------
     */
        String s3 = "111";
    /*
                                    ↓↓↓↓↓↓↓↓解析↓↓↓↓↓↓↓↓↓
        执行了上述intern()过程后,字符串常量区中已有值为"111"的引用,根据实现,s3赋值为常量
        区中值为"111"对应的引用也就是s2指向的堆上那个对象的地址

                                   ↓↓↓↓↓↓↓↓内存状态↓↓↓↓↓↓↓↓↓
        --------------------------------------堆--------------------------------------------
        addr1("1")
        addr2("111")
        addr3("11")
        addr4("111")
        ------------------------------------------------------------------------------------

        ---------------------------------字符串常量池---------------------------------------
        addr1("1")
        addr3("11")
        addr4("111")
        ------------------------------------------------------------------------------------

        ---------------------------------------变量-----------------------------------------
        s1 -> addr2
        s2 -> addr4
        s3 -> addr4
        ------------------------------------------------------------------------------------
     */
        System.out.println(s2 == s3);
    /*
                                    ↓↓↓↓↓↓↓↓解析↓↓↓↓↓↓↓↓↓
        s3和s2指向相同的堆上的对象,因此结果为true
     */
        String s4 = s1.intern();
    /*
                                    ↓↓↓↓↓↓↓↓解析↓↓↓↓↓↓↓↓↓
        因为字符串常量区中已有值为"111"的引用,因此此方法不会对字符串常量区中的值产生影响,
        但因为inter()方法返回的是字符串常量区中的引用,因此s4指向s2对应的对象

                                   ↓↓↓↓↓↓↓↓内存状态↓↓↓↓↓↓↓↓↓
        --------------------------------------堆--------------------------------------------
        addr1("1")
        addr2("111")
        addr3("11")
        addr4("111")
        ------------------------------------------------------------------------------------

        ---------------------------------字符串常量池---------------------------------------
        addr1("1")
        addr3("11")
        addr4("111")
        ------------------------------------------------------------------------------------

        ---------------------------------------变量-----------------------------------------
        s1 -> addr2
        s2 -> addr4
        s3 -> addr4
        s4 -> addr4
        ------------------------------------------------------------------------------------
     */
        System.out.println(s4 == s1);
    /*
                                    ↓↓↓↓↓↓↓↓解析↓↓↓↓↓↓↓↓↓
        s4和s1指向堆上的不同的对象,因此结果为false
     */
        String s6 = new String("1");
        String s7 = "1";
        String s8 = s6.intern();
    /*
                                    ↓↓↓↓↓↓↓↓解析↓↓↓↓↓↓↓↓↓
        根据上面的内存状态可知,s6仍旧指向堆上一个新建的值为"1"的对象,
        s6.inter()返回的是字符串常量区已有的值为"1"的对象地址,
        s8也等于这个地址

                                   ↓↓↓↓↓↓↓↓内存状态↓↓↓↓↓↓↓↓↓
        --------------------------------------堆--------------------------------------------
        addr1("1")
        addr2("111")
        addr3("11")
        addr4("111")
        addr5("1")
        ------------------------------------------------------------------------------------

        ---------------------------------字符串常量池---------------------------------------
        addr1("1")
        addr3("11")
        addr4("111")
        ------------------------------------------------------------------------------------

        ---------------------------------------变量-----------------------------------------
        s1 -> addr2
        s2 -> addr4
        s3 -> addr4
        s4 -> addr4
        s6 -> addr5
        s7 -> addr1
        s8 -> addr1
        ------------------------------------------------------------------------------------


     */
        System.out.println(s7 == s6);
        System.out.println(s8 == s6);
        System.out.println(s7 == s8);
    /*
        根据上面的内存状态可知,打印结果为:
        false
        false
        true
     */

延申

  1. 由于使用有参构造器来初始化变量时,总会在堆上新建变量,因此在极限情况下,确有可能在初始化阶段造成OOM,解决方法是尽量使用字面量初始化字符串
  2. String内部字符串常量区的实现方式不同,openjdk中,实现类似HashMap,当放入过多常量时,插入与查找也会产生部分性能损耗,因此,调用String的intern()方法也要看情况确定

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