java中的String設計原理

首先，必須強調一點：String Pool不是在堆區，也不是在棧區，而是存在於方法區（Method Area）

解析：

String Pool是常量池（Constant  Pool）中的一塊。

咱們知道，常量就是不能夠再改變的值，給它建一個池子很明顯是爲了加快程序運行的速度；在一個程序中，常量和變量是相對存在的；變量由於可變性因此通常存在於棧中，而常量去做爲一個特殊羣體被存在在常量池中。

常量池(constant pool)指的是在編譯期被肯定，並被保存在已編譯的.class文件中的一些數據。--- （很明顯在方法區）

它包括了關於類、方法、接口等中的常量，也包括字符串常量（這個就是Sring Pool啦）。

在編譯好的class文件中,有個區域稱爲Constant Pool,它是一個由數組組成的表，類型爲cp_info constant_pool[],用來存儲程序中使用的各類常量,包括Class/String/Integer等各類基本Java數據類型。

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上面這些，簡單理解：一個Class類，它裏面有常量的存在，好比 int a=10;String b="123450"；它們在JVM看來就是常量(固然在方法中可能被修改啦)，在Class被加載時，JVM特地都把它放在一個數組中維護起來，而且把該數組放在方法區中，起名叫常量池。

 

常量池存在於方法區，它包含各類類型的常量（8個基本數據類型，包裝類型等）

咱們把常量池中的String Pool中的常量做爲對象來看待 --- 由於String就是對象，String類型的常量天然也是對象啦！

好比：

String str1 = new String("Hello");

它建立了2個對象，一個是堆中的String對象，一個是String Pool中的String對象。

 

要理解Java中String的運做方式，必須明確一點：String是一個非可變類（immutable）。什麼是非可變類呢？簡單說來，非可變類的實例是不能被修改的，每一個實例中包含的信息都必須在該實例建立的時候就提供出來，而且在對象的整個生存週期內固定不變。Java爲何要把String設計爲非可變類呢？你能夠問問 james Gosling ：）。可是非可變類確實有着自身的優點，如狀態單一，對象簡單，便於維護。其次，該類對象對象本質上是線程安全的，不要求同步。此外用戶能夠共享非可變對象，甚至能夠共享它們的內部信息。（詳見 《Effective java》item 13）。String類在java中被大量運用，甚至在class文件中都有其身影，所以將其設計爲簡單輕便的非可變類是比較合適的。

1、建立。
    好了，知道String是非可變類之後，咱們能夠進一步瞭解String的構造方式了。建立一個Stirng對象，主要就有如下兩種方式：

java 代碼

String str1 = new String("abc");
Stirng str2 = "abc";

     雖然兩個語句都是返回一個String對象的引用，可是jvm對二者的處理方式是不同的。對於第一種，jvm會立刻在heap中建立一個String對象，而後將該對象的引用返回給用戶。對於第二種，jvm首先會在內部維護的String Pool中經過String的 equals 方法查找是對象池中是否存放有該String對象，若是有，則返回已有的String對象給用戶，而不會在heap中從新建立一個新的String對象；若是對象池中沒有該String對象，jvm則在heap中建立新的String對象，將其引用返回給用戶，同時將該引用添加至String Pool中。注意：使用第一種方法建立對象時，jvm是不會主動把該對象放到String Pool
裏面的，除非程序調用 String的intern方法。看下面的例子：

java 代碼

String str1 = new String("abc"); //jvm 在堆上建立一個String對象

 //jvm 在strings pool中找不到值爲「abc」的字符串，所以
 //在堆上建立一個String對象，並將該對象的引用加入至strings pool中
 //此時堆上有兩個String對象
Stirng str2 = "abc";

 if(str1 == str2){
         System.out.println("str1 == str2");
 }else{
         System.out.println("str1 != str2");
 }
  //打印結果是 str1 != str2,由於它們是堆上兩個不一樣的對象

  String str3 = "abc";
 //此時，jvm發現String Pool中已有「abc」對象了，由於「abc」equals 「abc」
 //所以直接返回str2指向的對象給str3，也就是說str2和str3是指向同一個對象的引用
  if(str2 == str3){
         System.out.println("str2 == str3");
  }else{
         System.out.println("str2 != str3");
  }
 //打印結果爲 str2 == str3

   再看下面的例子：

java 代碼

String str1 = new String("abc"); //jvm 在堆上建立一個String對象

str1 = str1.intern();
//程序顯式將str1放到String Pool中，intern運行過程是這樣的：首先查看String Pool
//有沒「abc」對象的引用，沒有，則在堆中新建一個對象，而後將新對象的引用加入至
//String Pool中。執行完該語句後，str1原來指向的String對象已經成爲垃圾對象了，隨時會
//被GC收集。

//此時，jvm發現String Pool中已有「abc」對象了，由於「abc」equals 「abc」
//所以直接返回str1指向的對象給str2，也就是說str2和str1引用着同一個對象，
//此時，堆上的有效對象只有一個。
Stirng str2 = "abc";

 if(str1 == str2){
         System.out.println("str1 == str2");
 }else{
         System.out.println("str1 != str2");
 }
  //打印結果是 str1 == str2

 

    爲何jvm能夠這樣處理String對象呢？就是由於String的非可變性。既然所引用的對象一旦建立就永不更改，那麼多個引用共用一個對象時互不影響。

2、串接（Concatenation）。
     java程序員應該都知道濫用String的串接操做符是會影響程序的性能的。性能問題從何而來呢？歸根結底就是String類的非可變性。既然String對象都是非可變的，也就是對象一旦建立了就不可以改變其內在狀態了，可是串接操做明顯是要增加字符串的，也就是要改變String的內部狀態，二者出現了矛盾。怎麼辦呢？要維護String的非可變性，只好在串接完成後新建一個String 對象來表示新產生的字符串了。也就是說，每一次執行串接操做都會致使新對象的產生，若是串接操做執行很頻繁，就會致使大量對象的建立，性能問題也就隨之而來了。
    爲了解決這個問題，jdk爲String類提供了一個可變的配套類，StringBuffer。使用StringBuffer對象，因爲該類是可變的，串接時僅僅時改變了內部數據結構，而不會建立新的對象，所以性能上有很大的提升。針對單線程，jdk 5.0還提供了StringBuilder類，在單線程環境下，因爲不用考慮同步問題，使用該類使性能獲得進一步的提升。

3、String的長度   咱們可使用串接操做符獲得一個長度更長的字符串，那麼，String對象最多能容納多少字符呢？查看String的源代碼咱們能夠得知類String中是使用域 count 來記錄對象字符的數量，而count 的類型爲 int，所以，咱們能夠推測最長的長度爲 2^32，也就是4G。    不過，咱們在編寫源代碼的時候，若是使用 Sting str = "aaaa";的形式定義一個字符串，那麼雙引號裏面的ASCII字符最多隻能有 65534 個。爲何呢？由於在class文件的規範中， CONSTANT_Utf8_info表中使用一個16位的無符號整數來記錄字符串的長度的，最多能表示 65536個字節，而java class 文件是使用一種變體UTF-8格式來存放字符的，null值使用兩個字節來表示，所以只剩下 65536－ 2 ＝ 65534個字節。也正是變體UTF-8的緣由，若是字符串中含有中文等非ASCII字符，那麼雙引號中字符的數量會更少（一箇中文字符佔用三個字節）。若是超出這個數量，在編譯的時候編譯器會報錯。