java中的String设计原理

首先，必须强调一点：String Pool不是在堆区，也不是在栈区，而是存在于方法区（Method Area）

解析：

String Pool是常量池（Constant  Pool）中的一块。

咱们知道，常量就是不能够再改变的值，给它建一个池子很明显是为了加快程序运行的速度；在一个程序中，常量和变量是相对存在的；变量由于可变性因此通常存在于栈中，而常量去做为一个特殊群体被存在在常量池中。

常量池(constant pool)指的是在编译期被肯定，并被保存在已编译的.class文件中的一些数据。--- （很明显在方法区）

它包括了关于类、方法、接口等中的常量，也包括字符串常量（这个就是Sring Pool啦）。

在编译好的class文件中,有个区域称为Constant Pool,它是一个由数组组成的表，类型为cp_info constant_pool[],用来存储程序中使用的各类常量,包括Class/String/Integer等各类基本Java数据类型。

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上面这些，简单理解：一个Class类，它里面有常量的存在，好比 int a=10;String b="123450"；它们在JVM看来就是常量(固然在方法中可能被修改啦)，在Class被加载时，JVM特地都把它放在一个数组中维护起来，而且把该数组放在方法区中，起名叫常量池。

 

常量池存在于方法区，它包含各类类型的常量（8个基本数据类型，包装类型等）

咱们把常量池中的String Pool中的常量做为对象来看待 --- 由于String就是对象，String类型的常量天然也是对象啦！

好比：

String str1 = new String("Hello");

它建立了2个对象，一个是堆中的String对象，一个是String Pool中的String对象。

 

要理解Java中String的运做方式，必须明确一点：String是一个非可变类（immutable）。什么是非可变类呢？简单说来，非可变类的实例是不能被修改的，每一个实例中包含的信息都必须在该实例建立的时候就提供出来，而且在对象的整个生存周期内固定不变。Java为何要把String设计为非可变类呢？你能够问问 james Gosling ：）。可是非可变类确实有着自身的优点，如状态单一，对象简单，便于维护。其次，该类对象对象本质上是线程安全的，不要求同步。此外用户能够共享非可变对象，甚至能够共享它们的内部信息。（详见 《Effective java》item 13）。String类在java中被大量运用，甚至在class文件中都有其身影，所以将其设计为简单轻便的非可变类是比较合适的。

1、建立。
    好了，知道String是非可变类之后，咱们能够进一步了解String的构造方式了。建立一个Stirng对象，主要就有如下两种方式：

java 代码

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

     虽然两个语句都是返回一个String对象的引用，可是jvm对二者的处理方式是不同的。对于第一种，jvm会立刻在heap中建立一个String对象，而后将该对象的引用返回给用户。对于第二种，jvm首先会在内部维护的String Pool中经过String的 equals 方法查找是对象池中是否存放有该String对象，若是有，则返回已有的String对象给用户，而不会在heap中从新建立一个新的String对象；若是对象池中没有该String对象，jvm则在heap中建立新的String对象，将其引用返回给用户，同时将该引用添加至String Pool中。注意：使用第一种方法建立对象时，jvm是不会主动把该对象放到String Pool
里面的，除非程序调用 String的intern方法。看下面的例子：

java 代码

String str1 = new String("abc"); //jvm 在堆上建立一个String对象

 //jvm 在strings pool中找不到值为“abc”的字符串，所以
 //在堆上建立一个String对象，并将该对象的引用加入至strings pool中
 //此时堆上有两个String对象
Stirng str2 = "abc";

 if(str1 == str2){
         System.out.println("str1 == str2");
 }else{
         System.out.println("str1 != str2");
 }
  //打印结果是 str1 != str2,由于它们是堆上两个不一样的对象

  String str3 = "abc";
 //此时，jvm发现String Pool中已有“abc”对象了，由于“abc”equals “abc”
 //所以直接返回str2指向的对象给str3，也就是说str2和str3是指向同一个对象的引用
  if(str2 == str3){
         System.out.println("str2 == str3");
  }else{
         System.out.println("str2 != str3");
  }
 //打印结果为 str2 == str3

   再看下面的例子：

java 代码

String str1 = new String("abc"); //jvm 在堆上建立一个String对象

str1 = str1.intern();
//程序显式将str1放到String Pool中，intern运行过程是这样的：首先查看String Pool
//有没“abc”对象的引用，没有，则在堆中新建一个对象，而后将新对象的引用加入至
//String Pool中。执行完该语句后，str1原来指向的String对象已经成为垃圾对象了，随时会
//被GC收集。

//此时，jvm发现String Pool中已有“abc”对象了，由于“abc”equals “abc”
//所以直接返回str1指向的对象给str2，也就是说str2和str1引用着同一个对象，
//此时，堆上的有效对象只有一个。
Stirng str2 = "abc";

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

 

    为何jvm能够这样处理String对象呢？就是由于String的非可变性。既然所引用的对象一旦建立就永不更改，那么多个引用共用一个对象时互不影响。

2、串接（Concatenation）。
     java程序员应该都知道滥用String的串接操做符是会影响程序的性能的。性能问题从何而来呢？归根结底就是String类的非可变性。既然String对象都是非可变的，也就是对象一旦建立了就不可以改变其内在状态了，可是串接操做明显是要增加字符串的，也就是要改变String的内部状态，二者出现了矛盾。怎么办呢？要维护String的非可变性，只好在串接完成后新建一个String 对象来表示新产生的字符串了。也就是说，每一次执行串接操做都会致使新对象的产生，若是串接操做执行很频繁，就会致使大量对象的建立，性能问题也就随之而来了。
    为了解决这个问题，jdk为String类提供了一个可变的配套类，StringBuffer。使用StringBuffer对象，因为该类是可变的，串接时仅仅时改变了内部数据结构，而不会建立新的对象，所以性能上有很大的提升。针对单线程，jdk 5.0还提供了StringBuilder类，在单线程环境下，因为不用考虑同步问题，使用该类使性能获得进一步的提升。

3、String的长度   咱们可使用串接操做符获得一个长度更长的字符串，那么，String对象最多能容纳多少字符呢？查看String的源代码咱们能够得知类String中是使用域 count 来记录对象字符的数量，而count 的类型为 int，所以，咱们能够推测最长的长度为 2^32，也就是4G。    不过，咱们在编写源代码的时候，若是使用 Sting str = "aaaa";的形式定义一个字符串，那么双引号里面的ASCII字符最多只能有 65534 个。为何呢？由于在class文件的规范中， CONSTANT_Utf8_info表中使用一个16位的无符号整数来记录字符串的长度的，最多能表示 65536个字节，而java class 文件是使用一种变体UTF-8格式来存放字符的，null值使用两个字节来表示，所以只剩下 65536－ 2 ＝ 65534个字节。也正是变体UTF-8的缘由，若是字符串中含有中文等非ASCII字符，那么双引号中字符的数量会更少（一个中文字符占用三个字节）。若是超出这个数量，在编译的时候编译器会报错。