JVM字符串常量池及String的intern方法詳解？

文章轉(zhuǎn)載自公眾號(hào)：程序新視界

本篇文章基于字符串常量池的存儲(chǔ)及在使用 intern方法 時(shí)所引起的內(nèi)存變化進(jìn)行一步深層次的講解。

重點(diǎn)內(nèi)容：當(dāng)字符串調(diào)用 intern方法 方法后，再進(jìn)行字符串的比較，會(huì)發(fā)生什么變化？

本文內(nèi)容均以HotSpot虛擬機(jī)為基礎(chǔ)講解。

面試題

先通過(guò)一個(gè)面試題形象的了解一下我們本篇文章要講的內(nèi)容的呈現(xiàn)形式：

String s1 = new String("he") + new String("llo");
String s2 = new String("h") + new String("ello");


String s3 = s1.intern();
String s4 = s2.intern();
System.out.println(s1 == s3);
System.out.println(s1 == s4);

執(zhí)行上面的代碼，會(huì)發(fā)現(xiàn)打印的結(jié)果都是 true 。那么，為什么本來(lái)不相等的字符串，調(diào)用了intern方法之后便相等了呢？下面我們就來(lái)逐步分析這其中的底層實(shí)現(xiàn)。

intern方法的作用

intern()方法的功能定義：

（1）如果當(dāng)前字符串內(nèi)容存在于字符串常量池（即equals()方法為true，也就是內(nèi)容一樣），那直接返回此字符串在常量池的引用；

（2）如果當(dāng)前字符串不在字符串常量池中，那么在常量池創(chuàng)建一個(gè)引用并指向堆中已存在的字符串，然后返回常量池中的引用。

簡(jiǎn)單說(shuō)intern方法就是判斷并將字符串是否存在于字符串常量池，如果不存在則創(chuàng)建，存在則返回。

字符串常量池

在HotSpot中實(shí)現(xiàn)字符串常量池功能的是一個(gè)StringTable類，它是一個(gè)Hash表，默認(rèn)值大小長(zhǎng)度是1009。在每個(gè)HotSpot虛擬機(jī)的實(shí)例中只有一份，被所有的類共享。字符串常量由一個(gè)個(gè)字符組成，放在了StringTable上。

JDK6及之前版本，字符串常量池是放在Perm Gen區(qū)(方法區(qū))中。StringTable的長(zhǎng)度是固定的，長(zhǎng)度是1009，當(dāng)String字符串過(guò)多時(shí)會(huì)造成hash沖突，導(dǎo)致鏈表過(guò)長(zhǎng)，性能大幅度下降。此時(shí)字符串常量池里面放的全部是字符串常量（字面值）。

由于永久代的空間有限且固定，JDK6的存儲(chǔ)模式很容易造成OutOfMemoryError。

而JDK7時(shí)正在著手去永久代的工作，因此字符串常量池被放在了堆中。此時(shí)，即使堆的大小也是固定的，但對(duì)于應(yīng)用調(diào)優(yōu)工作，只需要調(diào)整堆大小就行了。

在JDK7中字符串常量池不僅僅可以存放字符串常量，還可以存放字符串的引用。也就是說(shuō)，堆中的字符串的引用可以作為常量池的值而存在。

字符串池化流程分析

在了解了上面的基礎(chǔ)理論，我們下面以圖文相結(jié)合的形式來(lái)逐步演示字符串池化的流程和分類。以下實(shí)例以JDK8版本為基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行分析講解。

當(dāng)我們通過(guò)雙引號(hào)聲明一個(gè)字符串：

String wechat = "程序新視界";

此時(shí)，雙引號(hào)內(nèi)的字符串會(huì)被直接存儲(chǔ)在字符串常量池中。

關(guān)于上面的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，我們已經(jīng)在之前文章中提到，不再過(guò)多解釋。下面如果我們?cè)俾暶魍瑯拥淖址纯磿?huì)有什么樣的變化。

String wechat = "程序新視界";
String wechat1 = "程序新視界";

上述代碼中聲明wechat1時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)常量池中已經(jīng)存在了對(duì)應(yīng)的字符串，則不會(huì)再重新創(chuàng)建，只是把對(duì)應(yīng)的引用返回給wechat1。對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)圖如下：

此時(shí)，如果直接用雙等號(hào)比較wechat和wechat1肯定是相等的，因?yàn)樗鼈兊囊煤妥置嬷刀际窍嗤摹?/p>

上面是直接雙引號(hào)賦值的情況，那么如果通過(guò) new 的形式創(chuàng)建字符串對(duì)應(yīng)的流程又是如何呢？前面文章已經(jīng)講到這分兩種情況：常量池存在對(duì)應(yīng)的值和不存在對(duì)應(yīng)的值。

String wechat2 = new String("程序新視界");

如果存在對(duì)應(yīng)的值，此時(shí)會(huì)先在堆中創(chuàng)建一個(gè)針對(duì)wechat2變量的對(duì)象引用，然后將這個(gè)對(duì)象引用指向字符串常量池中已經(jīng)存在的常量。

此時(shí)直接使用雙等號(hào)比較wechat和wechat2變量肯定是不相等的，而通過(guò)equals方法進(jìn)行對(duì)比字面值則是相等的。

另外一種情況就是通過(guò) new 創(chuàng)建時(shí)，字符串常量池中并不存在對(duì)應(yīng)的常量。這種情況會(huì)現(xiàn)在字符串常量池中創(chuàng)建一個(gè)字符串常量，然后再在堆中創(chuàng)建一個(gè)字符串，持有常量池中對(duì)應(yīng)字符串的引用。并把堆中對(duì)象的地址返回給wechat2。最終效果圖依舊如上圖。

在此時(shí)，如果不是直接new字符串賦值，而是通過(guò)+號(hào)操作，情況就有所不同。

String s1 = "程序";
String wechat3 = new String(s1 + "新視界");

上述代碼 s1 會(huì)存入常量池，而wechat3的值則由于JVM編譯時(shí)采用了StringBuilder進(jìn)行加號(hào)的拼接，只會(huì)在堆中創(chuàng)建一個(gè)String對(duì)象，并不會(huì)在常量池中存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)的字符串。

此時(shí)的情況已經(jīng)涉及到我們面試題中創(chuàng)建字符串的情況了。那么，下面我們就通過(guò)intern方法進(jìn)行池化操作，看看字符串常量池的具體變化。

還以上面的代碼為例，此時(shí)wechat、wechat1、wechat2三個(gè)變量和wechat3直接用雙等號(hào)比較肯定是不相等的。下面對(duì)wechat3進(jìn)行intern池化處理。

String s1 = "程序";
String wechat3 = new String(s1 + "新視界");
wechat3 = wechat3.intern();

此時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)wechat、wechat1兩個(gè)變量與wechat3的值相等了。由于wechat和wechat1其實(shí)是一個(gè)，這里只以wechat和wechat3的比較為例來(lái)分析一下這個(gè)流程。

在沒(méi)有調(diào)用intern方法之前內(nèi)存的狀態(tài)是下圖（忽略掉s1部分）這樣的：

看上圖它們的值不相等也就不奇怪了。下面對(duì)wechat3進(jìn)行池化處理，并把池化的結(jié)果賦值給wechat3，就是上面的代碼。內(nèi)存結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生如下變化：

此時(shí)，再判斷對(duì)應(yīng)的兩個(gè)值，因?yàn)橐煤妥置嬷等肯嗤?，因此便相等了。具體intern的判斷規(guī)則我們上面已經(jīng)知道，如果常量池中存在對(duì)應(yīng)的值，則直接返回引用。

那還有另外一種情況，就是常量池中不存在對(duì)應(yīng)的值會(huì)是如何處理的呢？先看如下代碼：

String s2 = "關(guān)注";
String wechat4 = new String(s2 + "公眾號(hào)");
wechat4 = wechat4.intern();

在調(diào)用intern之前的操作我們前面已經(jīng)說(shuō)過(guò)，會(huì)在堆中創(chuàng)建一個(gè)String對(duì)象，而常量池中并不會(huì)存儲(chǔ)一份，與wechat3的圖一樣。

此時(shí)常量池中并未存在對(duì)應(yīng)的字符串，此時(shí)調(diào)用intern方法之后，內(nèi)存結(jié)構(gòu)如下：

經(jīng)intern方法之后，常量池中存了堆中對(duì)應(yīng)字符串的引用。對(duì)照上面說(shuō)的，JDK7及之后字符串常量池中可以存儲(chǔ)引用了。

需要注意的是，當(dāng)字符串常量池中并不存在對(duì)應(yīng)字符串時(shí)，調(diào)用intern方法返回的地址為堆中的地址，對(duì)應(yīng)圖中的0x99。而wechat4本來(lái)地址指向的就是堆中的地址，因此不會(huì)發(fā)生變化。

此時(shí)如果再定義一個(gè)雙引號(hào)賦值的wechat5，如下代碼：

String s2 = "關(guān)注";
String wechat4 = new String(s2 + "公眾號(hào)");
wechat4 = wechat4.intern();


String wechat5 = "關(guān)注公眾號(hào)";
System.out.println(wechat4 == wechat5);

變量wechat5初始化時(shí)發(fā)現(xiàn)字符串常量池中已經(jīng)存在了一個(gè)引用，那么wechat5會(huì)直接指向這個(gè)引用，也就是wechat5和wechat4一樣，都指向內(nèi)存中的String對(duì)象。

小結(jié)

上面這個(gè)演示實(shí)例時(shí)需要注意的重點(diǎn)是intern方法返回的引用地址。如果字符串常量池中已經(jīng)存在對(duì)應(yīng)的字符串時(shí)，此時(shí)返回的是字符串常量的地址【常量池中存儲(chǔ)的是字符串】，如果字符串常量池中不存在對(duì)應(yīng)的字符串，此時(shí)會(huì)把堆中的引用放在常量池對(duì)應(yīng)的位置【常量池中存儲(chǔ)的是堆中字符串的引用】，此時(shí)intern返回的是堆中字符串對(duì)應(yīng)的引用。

搞清楚了上面的返回邏輯再看最初的代碼：

String s1 = new String("he") + new String("llo");
String s2 = new String("h") + new String("ello");


String s3 = s1.intern();
String s4 = s2.intern();
System.out.println(s1 == s3);
System.out.println(s1 == s4);

其中 s1 為堆中字符串“hello”的地址；s2 為堆中另外一個(gè)“hello”字符串的地址。當(dāng)s1.intern()，常量池中存儲(chǔ)了 s1 的地址，此時(shí)s1.intern()返回的也是 s1 的地址，因此s1=s3，都是同一個(gè)地址嘛。

然后執(zhí)行s2.intern()，此時(shí)常量池中已經(jīng)有 hello 字符串，類型為引用且指向 s1 的地址，執(zhí)行之后返回的便是 s1 的地址，賦值給 s4 ，因此 s1 和 s4 也指向同一個(gè)地址，因此相等。

通過(guò)上面的更深層次的分析，想必大家對(duì)字符串常量、字符串常量池以及intern方法有了更加深刻的理解。相關(guān)的面試題如果按照這個(gè)思路分析，基本上都可以進(jìn)行準(zhǔn)確解答了。

以上就是W3Cschool編程獅關(guān)于JVM字符串常量池及String的intern方法詳解？的相關(guān)介紹了，希望對(duì)大家有所幫助。