String存储原理

1.是什么

        在Java中，String 是一种特殊的类，它是不可变的并且存储在堆内存中。为了理解 String 的存储原理，我们需要分解几个关键概念：不可变性、堆内存、字符串常量池和垃圾回收机制。下面我将详细解释这些概念并举例说明。

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不可变性 (Immutability)

    String 类在Java中是不可变的，这意味着一旦创建了 String 对象，它的值就不能被修改。任何对 String 进行的修改操作，实际上都是创建了一个新的 String 对象，而不会修改原来的对象。

例子：

String s1 = "Hello";
s1 = s1 + " World";

        在上面的例子中，s1 最初指向了字符串 "Hello"，当我们执行 s1 + " World" 时，实际上创建了一个新的字符串 "Hello World"，并将 s1 重新指向该新字符串，原来的字符串 "Hello" 保持不变。

为什么不可变？

• 线程安全：不可变对象是线程安全的，多线程操作时不需要加锁。
• 字符串常量池优化：不可变对象允许 Java 使用字符串常量池，以提高性能和内存使用效率。

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字符串常量池 (String Constant Pool)

        Java 提供了一个特殊的内存区域叫做字符串常量池，用于存储字符串字面量。在 Java 中，字符串常量池位于堆内存中。

当一个字符串字面量被创建时，Java 会首先检查字符串常量池中是否已经存在相同的字符串：

• 如果存在，直接返回池中的引用，不会创建新对象。
• 如果不存在，则在池中创建一个新的字符串对象。

例子：

String s1 = "Hello";
String s2 = "Hello";
System.out.println(s1 == s2); // 输出 true

        在这个例子中，s1 和 s2 都引用了常量池中的同一个字符串 "Hello"，因此 s1 == s2 为 true。即便它们是两个变量，但由于指向相同的常量池对象，所以它们在内存中是同一个对象。

注意： 如果通过 new String() 创建字符串，则它会在堆内存中创建一个新的对象，而不会将其存储在常量池中。

例子：

String s1 = new String("Hello");
String s2 = "Hello";
System.out.println(s1 == s2); // 输出 false

        这里，s1 通过 new 关键字创建，因此它在堆中有一个新的内存位置，而 s2 是引用常量池中的对象，因此 s1 == s2 为 false。

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堆内存 (Heap Memory)

        在Java中，所有的对象（包括 String 对象）都存储在堆内存中。String 对象有两种存储方式：

• 字符串字面量存储在字符串常量池中。
• 通过 new 关键字创建的 String 对象存储在堆中，但它们的内容可能仍然引用常量池中的字符串。

例子：

String s1 = new String("Hello");
String s2 = "Hello";

在此示例中：

• "Hello" 首先存储在字符串常量池中。
• s1 是通过 new 创建的，所以会在堆中创建一个新对象，这个对象的值仍然是 "Hello"，但它和常量池中的 "Hello" 是不同的对象。

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  字符串拼接与优化

        因为字符串是不可变的，每次对字符串进行操作（如拼接）时，都会创建新的对象。这种操作如果频繁使用，可能会导致性能问题。因此，Java 提供了 StringBuilder 和 StringBuffer 来进行可变字符串的处理，它们不会像 String 那样每次创建新对象，而是修改现有对象的内容。

例子：

String s = "Hello";
s = s + " World";  // 每次拼接都会创建新字符串

// 使用StringBuilder进行优化
StringBuilder sb = new StringBuilder("Hello");
sb.append(" World");
System.out.println(sb.toString());  // 输出 Hello World

        使用 StringBuilder 进行拼接时，sb 不会创建新对象，而是直接修改现有的字符串对象。

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垃圾回收 (Garbage Collection)

        当一个 String 对象不再被引用时，Java 的垃圾回收机制会在适当的时候回收这些对象的内存。由于字符串常量池中的对象是共享的，因此它们不会被垃圾回收，除非整个池中的引用都不存在了。

总结：

1. String 是不可变的，一旦创建就不能修改。
2. 字符串常量池 用于存储字面量字符串以提高内存效率。
3. 通过 new 关键字创建的字符串对象 存储在堆内存中，并且不存储在常量池中。
4. 频繁修改字符串 应该使用 StringBuilder 或 StringBuffer 以提高性能。