[JVM学习之路]十一、StringTable（字符串常量池）的基本特性、内存分配和字符串拼接、intern()方法使用及相关面试题

StringTable（字符串常量池）

一、String的基本特性

• String：字符串，使用一对""引起来表示。

  • String sl = “hello”；//字面量的定义方式；
  • String s2 = new String（“hello”） ；

• String类是已经被声明为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及以前内部定义为“private final char value[]”用于存储字符串数据。jdk9时改为byte[]，因为如果使用char，对于一些编码例如拉丁字符，浪费了一般的空间，所以改成了byte[]加上编码标记。StringBuffer和StringBuilder也发生了修改

• String代表不可变的字符序列（简称不可变性）

  • 当对字符串重新赋值时，需要重新指定内存区域赋值，不能使用原有的value进行赋值。
  • 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。
  • 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（不同于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。字符串常量池当中的字符串不允许重复存放。如果是new的形式，相当于在堆中开辟一个String的空间存放字符串

• 字符串常量池中是不会存储相同内容的字符串的

• String底层是不会扩容的HashTable

  • String的String Pool 是一个固定大小的Hashtable，默认值大小长度是1009。如果放进StringPool的String非常多， 就会造成Hash冲突严重，从而导致链表会很长，而链表长了后直接会造成的影响就是当调用String. intern时性能会大幅下降。
  • 使用一XX: StringTableSize可设置StringTable的长度
  • 在jdk6中StringTable是固定的，就是1009的长度，所以如果常量池中的字符串过多就会导致效率下降很快StringTableSize设置没有要求
  • 在jdk7中，StringTable的长度默认值是60013
  • jdk8开始，1009是StringTable长度可设置的最小值（开始对设置的最小长度有要求）

二、String的内存分配

1.字符串常量池的使用

Java语言中有8种基本数据类型和一种比较特殊的类型String。这些类型为了使它们在运行过程中速度更快、更节省内存，都提供了一种常量池的概念。

String常量池使用：

1.直接使用双引号声明

2.使用String的intern()方法

2.StringTable内存分配调整

1.Java 6及以前，字符串常量池存放在永久代。

2.Java 7中Oracle的工程师对字符串池的逻辑做了很大的改变，即将字符串常量池的位置调整到Java堆内。

• 所有的字符串都保存在堆（Heap）中，和其他普通对象一样，这样可以让你在进行调优应用时仅需要调整堆大小就可以了
• 字符串常量池概念原本使用得比较多，但是这个改动使得我们有足够的理由让我们重新考虑在Java 7中使用String. intern（）

3.Java8永久代改成元空间，字符串常量放在堆中

调整原因：
1.permSize默认比较小

2.永久代垃圾回收频率低

三、字符串的拼接操作

1.拼接原理及底层实现

1.常量与常量的拼接结果在常量池，原理是编译期优化。

@Test
public void test1(){
    String s1 = "a" + "b" + "c";//编译期优化：等同于"abc"
    String s2 = "abc"; //"abc"一定是放在字符串常量池中，将此地址赋给s2
    /*
     * 最终.java编译成.class,再执行.class
     * String s1 = "abc";
     * String s2 = "abc"
     */
    System.out.println(s1 == s2); //true
    System.out.println(s1.equals(s2)); //true
}

2.常量池中不会存在相同内容的常量。

3.只要其中有一个是变量，结果就在堆中。变量拼接的原理是StringBuilder

4.如果拼接的结果调用intern（）方法，则主动将字符串常量池中还没有的字符串对象放入池中，并返回此对象地址。

@Test
public void test2(){
    String s1 = "javaEE";
    String s2 = "hadoop";

    String s3 = "javaEEhadoop";
    String s4 = "javaEE" + "hadoop";//编译期优化
    //如果拼接符号的前后出现了变量，则相当于在堆空间中new String()，具体的内容为拼接的结果：javaEEhadoop
    String s5 = s1 + "hadoop";
    String s6 = "javaEE" + s2;
    String s7 = s1 + s2;

    System.out.println(s3 == s4);//true
    System.out.println(s3 == s5);//false
    System.out.println(s3 == s6);//false
    System.out.println(s3 == s7);//false
    System.out.println(s5 == s6);//false
    System.out.println(s5 == s7);//false
    System.out.println(s6 == s7);//false
    //intern():判断字符串常量池中是否存在javaEEhadoop值，如果存在，则返回常量池中javaEEhadoop的地址；
    //如果字符串常量池中不存在javaEEhadoop，则在常量池中加载一份javaEEhadoop，并返回次对象的地址。
    String s8 = s6.intern();
    System.out.println(s3 == s8);//true
}

变量拼接底层实现：
如果是变量和变量拼接、字符串常量和变量拼接或者是final修饰字符串变量拼接时，只要其中一个是变量，就调用StringBuilder进行append后，在堆中new一个String对象；final修饰字符串变量要看成是字符串常量。

@Test
public void test3(){
    String s1 = "a";
    String s2 = "b";
    String s3 = "ab";
    /*
    如下的s1 + s2 的执行细节：(变量s是我临时定义的）
    ① StringBuilder s = new StringBuilder();
    ② s.append("a")
    ③ s.append("b")
    ④ s.toString()  --> 约等于 new String("ab")

    补充：在jdk5.0之后使用的是StringBuilder,在jdk5.0之前使用的是StringBuffer
     */
    String s4 = s1 + s2;//
    System.out.println(s3 == s4);//false
}
/*
1. 字符串拼接操作不一定使用的是StringBuilder!
   如果拼接符号左右两边都是字符串常量或常量引用，则仍然使用编译期优化，即非StringBuilder的方式。
2. 针对于final修饰类、方法、基本数据类型、引用数据类型的量的结构时，能使用上final的时候建议使用上。
 */
@Test
public void test4(){
    final String s1 = "a";
    final String s2 = "b";
    String s3 = "ab";
    String s4 = s1 + s2;
    System.out.println(s3 == s4);//true
}

2.StringBuilder的append拼接和变量拼接区别

StringBuilder使用append方法，只需要一个对象，可以不断在原来对象中进行拼接；

如果进行String变量拼接，每次拼接会创建一个StringBuilder对象和返回一个String对象，需要花费更多的时间；同时会创建更多垃圾，需要更多的时间去GC

同时StringBuilder的append的方法可以进一步优化，因为在默认是使用16B的空间容量存放字符，如果在知道字符长度的前提下，可以直接使用构造器开一个大的数组，省去了扩容的时间

    /*
    体会执行效率：通过StringBuilder的append()的方式添加字符串的效率要远高于使用String的字符串拼接方式！
    详情：① StringBuilder的append()的方式：自始至终中只创建过一个StringBuilder的对象
          使用String的字符串拼接方式：创建过多个StringBuilder和String的对象
         ② 使用String的字符串拼接方式：内存中由于创建了较多的StringBuilder和String的对象，内存占用更大；如果进行GC，需要花费额外的时间。

     改进的空间：在实际开发中，如果基本确定要前前后后添加的字符串长度不高于某个限定值highLevel的情况下,建议使用构造器实例化：
               StringBuilder s = new StringBuilder(highLevel);//new char[highLevel]
     */
    @Test
    public void test6(){

        long start = System.currentTimeMillis();

//        method1(100000);//4014
        method2(100000);//7

        long end = System.currentTimeMillis();

        System.out.println("花费的时间为：" + (end - start));
    }

    public void method1(int highLevel){
        String src = "";
        for(int i = 0;i < highLevel;i++){
            src = src + "a";//每次循环都会创建一个StringBuilder、String
        }
//        System.out.println(src);

    }

    public void method2(int highLevel){
        //只需要创建一个StringBuilder
        StringBuilder src = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i < highLevel; i++) {
            src.append("a");
        }
//        System.out.println(src);
    }

四、intern()方法的使用

1.intern()底层原理

如果不是用双引号声明的String对象，可以使用String提供的intern方法： intern方法会从字符串常量池中查询当前字符串是否存在，若不存在就会将当前字符串放入常量池中。

比如： String myInfo = new String(“I love u”).intern()；
也就是说，如果在任意字符串上调用String. intern方法，那么其返回结果所指向的那个类实例，必定和直接以常量形式出现的字符串实例完全相同（字符串常量池当中的对象）。因此，下列表达式的值必定是true： （“a” + “b” + “c”）.intern（）== “abc”;
通俗点讲，Interned String就是确保字符串在内存里只有一份拷贝，这样可以节约内存空间，加快字符串操作任务的执行速度。注意，这个值会被存放在字符串内部池（String Intern Pool）。

简而言之，intern()方法就是将字符串在编译器优化过程中拼接好，然后去字符串常量池去找看有没有一样的字符串，如果有则直接变成该字符串的引用地址，否则在常量池中创建一个，然后返回他的地址

/**
 * 如何保证变量s指向的是字符串常量池中的数据呢？
 * 有两种方式：
 * 方式一： String s = "aaa";//字面量定义的方式
 * 方式二： 调用intern()
 *         String s = new String("aaa").intern();
 *         String s = new StringBuilder("aaa").toString().intern();
 *
 */
public class StringIntern {
    public static void main(String[] args) {

        String s = new String("1");
        s.intern();//调用此方法之前，字符串常量池中已经存在了"1"
        String s2 = "1";
        System.out.println(s == s2);


        String s3 = new String("1") + new String("1");//s3变量记录的地址为：new String("11")
        s3.intern();//在字符串常量池中生成"11"。
        String s4 = "11";
        System.out.println(s3 == s4);
    }

}

2.intern()空间效率

在空间使用上，如果程序中大量存在已经存在的字符串，尤其是其中还存在着很多重复的字符串时，使用intern()可以节省很多内存空间。

实际使用中，比如一些大的网站平台，需要内存中存储大量的字符串。比如社交网站，很多人都存储:北京市、海淀区等信息。这时候如果字符串都调用intern()方法，就会明显降低内存的大小。

五、常见相关面试题

题目： new String(“ab”)会创建几个对象？

解答：通过观看字节码指令，可以知道有两个。其中一个对象是：new关键字在堆空间创建的；另一个对象是：字符串常量池中的对象（编码是ldc）

扩展：new String(“a”) + new String(“b”)会创建几个对象？

解答：

对象1：new StringBuilder()
对象2： new String("a")
对象3： 常量池中的"a"
对象4： new String("b")
对象5： 常量池中的"b"

深入剖析： StringBuilder的toString():
对象6 ：new String("ab")
强调一下，toString()的调用，在字符串常量池中，没有生成"ab"

面试题3：

public class StringIntern {
    public static void main(String[] args) {

        String s = new String("1");
        s.intern();//调用此方法之前，字符串常量池中已经存在了"1"
        String s2 = "1";
        System.out.println(s == s2);//jdk6：false   jdk7/8：false


        String s3 = new String("1") + new String("1");//s3变量记录的地址为：new String("11")
        //执行完上一行代码以后，字符串常量池中，是否存在"11"呢？答案：不存在！！
        s3.intern();//在字符串常量池中生成"11"。如何理解：jdk6:创建了一个新的对象"11",也就有新的地址。
                                            //         jdk7:此时常量中并没有创建"11",而是创建一个指向堆空间中new String("11")的地址
        String s4 = "11";//s4变量记录的地址：使用的是上一行代码代码执行时，在常量池中生成的"11"的地址
        System.out.println(s3 == s4);//jdk6：false  jdk7/8：true
    }
}

为什么在jdk7以后会让s3==s4呢？

其实很好理解，s3的值是在堆中new的对象new String(“11”)，这个时候并没有在常量池中开辟"11"。在调用intern()方法后，并不是直接在常量池中创建"11"，因为都在堆空间中，他就会在常量池中创建一个指向堆中new String(“11”)的指针。String s4 = "11"就是将常量池中"11"这个值的指针也就是指向堆中new的对象new String(“11”)的地址赋值给s4，所以s4也是指向同一个位置。

面试题3扩展：

public class StringIntern1 {
    public static void main(String[] args) {
        //StringIntern.java中练习的拓展：
        String s3 = new String("1") + new String("1");//new String("11")
        //执行完上一行代码以后，字符串常量池中，是否存在"11"呢？答案：不存在！！
        String s4 = "11";//在字符串常量池中生成对象"11"
        String s5 = s3.intern();
        System.out.println(s3 == s4);//false
        System.out.println(s5 == s4);//true
    }
}

因为已经在常量池中生成了常量"11"，所以intern()直接返回这个常量的地址给s5，而s3指向的是堆中New的String对象，得出s3 != s4,

s5 == s4

总结

• jdk1.6中，将这个字符串对象尝试放入串池。
  • 如果字符串常量池中有，则并不会放入。返回已有的串池中的对象的地址
  • 如果没有，会把此对象复制一份，放入串池，并返回串池中的对象地址
• Jdk1.7起，将这个字符串对象尝试放入串池。
  • 如果字符串常量池中有，则并不会放入。返回已有的串池中的对象的地址
  • 如果没有，则会把对象的引用地址复制一份，放入串池，并返回串池中的引用地址