淺談C#中字符串的駐留池機制

瞭解C#的都知道，CLR對於String類有一種特別的內存管理機制：有時候，明明聲明瞭兩個String類的對象，可是他們恰恰卻指向同一個實例。以下：

String s1 = "Hello";

String s2 = "Hello"; //s2和s1的實際值都是「Hello」

bool same = (object) s1 == (object) s2; //這裏比較s一、s2是否引用了同一個對象實例

//因此不能寫做bool same = s1 == s2;

//由於String類重載了==操做符來比較String對象包含的實際值

這裏的same會被賦值爲true。也就是說s1真的和s2引用了同一個String對象。固然，應該注意到的是s1和s2都被統一賦值爲同一個字符串「Hello」，這纔是出現上述狀況的緣由。

如今咱們初步得出結論，當有多個字符串變量包含了一樣的字符串實際值時，CLR可能不會爲它們重複地分配內存，而是讓它們通通指向同一個字符串對象實例。（這裏我說了「可能」，是由於某些狀況下，確實也會發生同一個字符串實際值在內存中有多份副本同時存在。請繼續往下看。）

咱們知道，String類有不少特別的地方，其中之一就是它是「不會改變的」（immutable）。這說明在咱們每次對一個String對象進行操做時（好比說使用Trim，Replace等方法），並非真的對這個String對象的實例進行修改，而是返回一個新的String對象實例做爲操做執行的結果。String對象的實例一經生成，到死都不會被改變了！

基於String類這樣的特性，CLR讓表示相同的字符串實際值的變量指向同一個String事例，就是徹底合理的了。由於利用任何一個對String實例的引用所進行的修改操做都不會切實地影響到該實例的狀態，也就不會影響到其餘全部指向該實例的引用所表示的字符串實際值。CLR如此管理String類的內存分配，能夠優化內存的使用狀況，避免內存中包含冗餘的數據。

爲了實現這個機制，CLR默默地維護了一個叫作駐留池（Intern Pool）的表。這個表記錄了全部在代碼中使用字面量聲明的字符串實例的引用。這說明使用字面量聲明的字符串會進入駐留池，而其餘方式聲明的字符串並不會進入，也就不會自動享受到CLR防止字符串冗餘的機制的好處了。這就是我上文提到的「某些狀況下，確實也會發生同一個字符串實際值在內存中有多份副本同時存在」的例子。請看這個例子：

StringBuilder sb = new StringBuilder();

sb.Append("He").Append("llo");

string s1 = "Hello";

string s2 = sb.ToString();

bool same = (object) s1 == (object) s2;

這時same就不是true了，由於雖然s1，s2表示的是相同的字符串，可是因爲s2不是經過字面量聲明的，CLR在爲sb.ToString()方法的返回值分配內存時，並不會到駐留池中去檢查是否有值爲「Hello」的字符串已經存在了，因此天然不會讓s2指向駐留池內的對象。

爲了讓編程者可以強制CLR檢查駐留池，以免冗餘的字符串副本，String類的設計者提供了一個名爲Intern的類方法。下面是該方法的一個示例：

StringBuilder sb = new StringBuilder();

sb.Append("He").Append("llo");

string s1 = "Hello";

string s2 = String.Intern(sb.ToString());

bool same = (object) s1 == (object) s2;

好了，same又是true了。Intern方法接受一個字符串做爲參數，它會在駐留池中檢查是否存在參數所表示的字符串。若是存在，則返回那個駐留池中的字符串的引用；不然向駐留池中加入一個新的表示相同值的字符串，並返回這個字符串的引用。不過要注意的是，就算Intern方法在駐留池中找到了相同值的字符串，也不能讓您省卻一次字符串內存分配的操做，由於做爲參數的字符串已經被分配了一次內存了。而使用Intern方法的好處在於，若是Intern方法在駐留池中找到了相同值的字符串，此時雖然在內存中存在兩份該字符串的副本（一份是參數，一份是駐留池中的），可是隨着時間的流逝，參數所引用的那個副本會被垃圾回收掉，這樣對於該字符串內存中就不存在冗餘了。

當您的程序中存在某個方法，能夠根據不一樣的上下文環境建立並返回一個很長的字符串，而在程序運行的過程當中它有會常常返回一樣的字符串時，您可能就要考慮考慮使用Intern方法來提升內存的利用率了。

不過一樣值得注意的是，使用Intern方法讓一個字符串存活於駐留池中也有一個反作用：即便已經不存在任何其它引用指向駐留池中的字符串了，這個字符串仍然不必定會被垃圾回收掉。也就是說即便駐留池中的字符串已經沒有用處了，它可能也要等到CLR終結時才被銷燬。當您使用Intern方法的時候，也應該考慮到這個特殊的行爲。