第 12 章 字符串常量池 (String Table)、intern()方法、String的内存结构、相关面试题

第 12 章 StringTable 1、String 的基本特性 1.1、String 概述

String 的概述

• String：字符串，使用一对“”引起来表示

  String s1 = "guizy" ;   			// 字面量的定义方式
  String s2 =  new String("moxi");     // new 对象的方式
  

• String声明为final的，不可被继承
• String实现了Serializable接口：表示字符串是支持序列化的。实现了Comparable接口：表示String可以比较大小
• String在jdk8及以前内部定义了final char[] value用于存储字符串数据。JDK9时改为byte[]

为什么 JDK9 改变了 String 的结构

官方文档

http://openjdk.java.net/jeps/254

为什么改为 byte[] 存储？

在许多不同的应用程序收集数据表明: 字符串是堆使用的主要组成部分, 大多数字符串对象只包含拉丁字符, 只需要用到一个字节的空间, 之前用char[]数组, 站2个字节的空间, 实际用到只有一个字节。

• byte[] 数组 + 编码标志位的方式

1. String类的当前实现将字符存储在char数组中，每个字符使用两个字节(16位)。
2. 从许多不同的应用程序收集的数据表明，字符串是堆使用的主要组成部分，而且大多数字符串对象只包含拉丁字符。这些字符只需要一个字节的存储空间，因此这些字符串对象的内部char数组中有一半的空间将不会使用。
3. 之前 String 类使用 UTF-16 的 char[] 数组存储，现在改为 byte[] 数组 外加一个编码标志位存储，该编码标志将指定 String 类中 byte[] 数组的编码方式
4. 结论：String再也不用char[] 来存储了，改成了byte [] 加上编码标记，节约了一些空间
5. 同时基于String的数据结构，例如StringBuffer和StringBuilder也同样做了修改

// 之前
private final char value[];
// 之后
private final byte[] value

1.2、String 的基本特征

String 的基本特征

String：代表不可变的字符序列。简称：不可变性。

1. 当对字符串重新赋值时，需要重写指定内存区域赋值，不能使用原有的value进行赋值。
2. 当对现有的字符串进行连接操作时，也需要重新指定内存区域赋值，不能使用原有的value进行赋值。
3. 当调用String的replace()方法修改指定字符或字符串时，也需要重新指定内存区域赋值，不能使用原有的value进行赋值。

• 通过字面量的方式（区别于new）给一个字符串赋值，此时的字符串值声明在字符串常量池中。

当对字符串重新赋值时，需要重写指定内存区域赋值，不能使用原有的value进行赋值。

代码

@Test
public void test1() {
    String s1 = "abc";//字面量定义的方式，"abc"存储在字符串常量池中
    String s2 = "abc";
    System.out.println(s1 == s2);// true, 表示指向字符串常量池中的同一地址
    
    s1 = "hello";
    System.out.println(s1 == s2);//判断地址：false, 表明s1从新开辟了一个存储空间

    System.out.println(s1);//hello
    System.out.println(s2);//abc
}

• 字节码指令
  • 取字符串 “abc” 时，使用的是同一个符号引用：#2
  • 取字符串 “hello” 时，使用的是另一个符号引用：#3

 0 ldc #2 
 2 astore_1
 3 ldc #2 
 5 astore_2
 6 ldc #3 
 8 astore_1
 9 getstatic #4 
12 aload_1
13 aload_2
14 if_acmpne 21 (+7)
17 iconst_1
18 goto 22 (+4)
21 iconst_0
22 invokevirtual #5 
25 getstatic #4 
28 aload_1
29 invokevirtual #6 
32 getstatic #4 
35 aload_2
36 invokevirtual #6 
39 return

• 当对现有的字符串进行连接操作时，也需要重新指定内存区域赋值，不能使用原有的value进行赋值

• 代码

@Test
public void test2() {
    String s1 = "abc";
    String s2 = "abc";
    s2 += "def";
    System.out.println(s2);//abcdef
    System.out.println(s1);//abc
}

• 字节码指令：拼接操作(+)通过StringBuilder 的 append() 方法完成

 0 ldc #2 
 2 astore_1
 3 ldc #2 
 5 astore_2
 6 new #7 
 9 dup
10 invokespecial #8 
13 aload_2
14 invokevirtual #9 
17 ldc #10 
19 invokevirtual #9 
22 invokevirtual #11 
25 astore_2
26 getstatic #4 
29 aload_2
30 invokevirtual #6 
33 getstatic #4 
36 aload_1
37 invokevirtual #6 
40 return

• 当调用string的replace()方法修改指定字符或字符串时，也需要重新指定内存区域赋值，不能使用原有的value进行赋值

@Test
public void test3() {
    String s1 = "abc";
    String s2 = s1.replace('a', 'm');
    System.out.println(s1);//abc
    System.out.println(s2);//mbc
}

来看看 replace() 方法的源码

• new String(buf, true); 后，返回新的 String 对象

public String replace(char oldChar, char newChar) {
    if (oldChar != newChar) {
        int len = value.length;
        int i = -1;
        char[] val = value; /* avoid getfield opcode */

        while (++i