深入理解Java：String
在讲解String之前，我们先了解一下Java的内存结构。
一、Java内存模型
按照官方的说法：Java 虚拟机具有一个堆，堆是运行时数据区域，所有类实例和数组的内存均从此处分配。
JVM主要管理两种类型内存：堆和非堆，堆内存（Heap Memory）是在 Java 虚拟机启动时创建，非堆内存(Non-heap Memory)是在JVM堆之外的内存。
简单来说，非堆包含方法区、JVM内部处理或优化所需的内存（如 JITCompiler，Just-in-time Compiler，即时编译后的代码缓存）、每个类结构（如运行时常数池、字段和方法数据）以及方法和构造方法的代码。
Java的堆是一个运行时数据区,类的(对象从中分配空间。这些对象通过new、newarray、 anewarray和multianewarray等指令建立，它们不需要程序代码来显式的释放。堆是由垃圾回收来负责的，堆的优势是可以动态地分配内存大小，生存期也不必事先告诉编译器，因为它是在运行时动态分配内存的，Java的垃圾收集器会自动收走这些不再使用的数据。但缺点是，由于要在运行时动态分配内存，存取速度较慢。
栈的优势是，存取速度比堆要快，仅次于寄存器，栈数据可以共享。但缺点是，存在栈中的数据大小与生存期必须是确定的，缺乏灵活性。栈中主要存放一些基本类型的变量数据（int, short, long, byte, float, double, boolean, char）和对象句柄(引用)。
虚拟机必须为每个被装载的类型维护一个常量池。常量池就是该类型所用到常量的一个有序集合，包括直接常量（string,integer和 floating point常量）和对其他类型，字段和方法的符号引用。
对于String常量，它的值是在常量池中的。而JVM中的常量池在内存当中是以表的形式存在的， 对于String类型，有一张固定长度的CONSTANT_String_info表用来存储文字字符串值，注意：该表只存储文字字符串值，不存储符号引用。说到这里，对常量池中的字符串值的存储位置应该有一个比较明了的理解了。在程序执行的时候,常量池会储存在Method Area,而不是堆中。常量池中保存着很多String对象; 并且可以被共享使用，因此它提高了效率
具体关于JVM和内存等知识请参考：
二、案例解析
public static void main(String[] args) { /** * 情景一：字符串池 * JAVA虚拟机(JVM)中存在着一个字符串池，其中保存着很多String对象; * 并且可以被共享使用，因此它提高了效率。 * 由于String类是final的，它的值一经创建就不可改变。 * 字符串池由String类维护，我们可以调用intern()方法来访问字符串池。 */ String s1 = "abc"; //↑ 在字符串池创建了一个对象 String s2 = "abc"; //↑ 字符串pool已经存在对象“abc”(共享),所以创建0个对象，累计创建一个对象 System.out.println("s1 == s2 : "+(s1==s2)); //↑ true 指向同一个对象， System.out.println("s1.equals(s2) : " + (s1.equals(s2))); //↑ true 值相等 //↑------------------------------------------------------over /** * 情景二：关于new String("") * */ String s3 = new String("abc"); //↑ 创建了两个对象，一个存放在字符串池中，一个存在与堆区中； //↑ 还有一个对象引用s3存放在栈中 String s4 = new String("abc"); //↑ 字符串池中已经存在“abc”对象，所以只在堆中创建了一个对象 System.out.println("s3 == s4 : "+(s3==s4)); //↑false s3和s4栈区的地址不同，指向堆区的不同地址； System.out.println("s3.equals(s4) : "+(s3.equals(s4))); //↑true s3和s4的值相同 System.out.println("s1 == s3 : "+(s1==s3)); //↑false 存放的地区多不同，一个栈区，一个堆区 System.out.println("s1.equals(s3) : "+(s1.equals(s3))); //↑true 值相同 //↑------------------------------------------------------over /** * 情景三： * 由于常量的值在编译的时候就被确定(优化)了。 * 在这里，"ab"和"cd"都是常量，因此变量str3的值在编译时就可以确定。 * 这行代码编译后的效果等同于： String str3 = "abcd"; */ String str1 = "ab" + "cd"; //1个对象 String str11 = "abcd"; System.out.println("str1 = str11 : "+ (str1 == str11)); //↑------------------------------------------------------over /** * 情景四： * 局部变量str2,str3存储的是存储两个拘留字符串对象(intern字符串对象)的地址。 * * 第三行代码原理(str2+str3)： * 运行期JVM首先会在堆中创建一个StringBuilder类， * 同时用str2指向的拘留字符串对象完成初始化， * 然后调用append方法完成对str3所指向的拘留字符串的合并， * 接着调用StringBuilder的toString()方法在堆中创建一个String对象， * 最后将刚生成的String对象的堆地址存放在局部变量str3中。 * * 而str5存储的是字符串池中"abcd"所对应的拘留字符串对象的地址。 * str4与str5地址当然不一样了。 * * 内存中实际上有五个字符串对象： * 三个拘留字符串对象、一个String对象和一个StringBuilder对象。 */ String str2 = "ab"; //1个对象 String str3 = "cd"; //1个对象 String str4 = str2+str3; String str5 = "abcd"; System.out.println("str4 = str5 : " + (str4==str5)); // false //↑------------------------------------------------------over /** * 情景五： * JAVA编译器对string + 基本类型/常量 是当成常量表达式直接求值来优化的。 * 运行期的两个string相加，会产生新的对象的，存储在堆(heap)中 */ String str6 = "b"; String str7 = "a" + str6; String str67 = "ab"; System.out.println("str7 = str67 : "+ (str7 == str67)); //↑str6为变量，在运行期才会被解析。 final String str8 = "b"; String str9 = "a" + str8; String str89 = "ab"; System.out.println("str9 = str89 : "+ (str9 == str89)); //↑str8为常量变量，编译期会被优化 //↑------------------------------------------------------over }
总结：
1.String类初始化后是不可变的(immutable)
这一说又要说很多，大家只要知道String的实例一旦生成就不会再改变了，比如说：String str=”kv”+”ill”+” “+”ans”; 就是有4个字符串常量，首先”kv”和”ill”生成了”kvill”存在内存中，然后”kvill”又和” ” 生成 “kvill “存在内存中，最后又和生成了”kvill ans”;并把这个字符串的地址赋给了str,就是因为String的”不可变”产生了很多临时变量，这也就是为什么建议用StringBuffer的原 因了，因为StringBuffer是可改变的。
下面是一些String相关的常见问题：
String中的final用法和理解
final StringBuffer a = new StringBuffer("111");
final StringBuffer b = new StringBuffer("222");
a=b;//此句编译不通过 final StringBuffer a = new StringBuffer("111");
a.append("222");// 编译通过
可见，final只对引用的"值"(即内存地址)有效，它迫使引用只能指向初始指向的那个对象，改变它的指向会导致编译期错误。至于它所指向的对象的变化，final是不负责的。
2.代码中的字符串常量在编译的过程中收集并放在class文件的常量区中，如"123"、"123"+"456"等，含有变量的表达式不会收录，如"123"+a。
3.JVM在加载类的时候，根据常量区中的字符串生成常量池，每个字符序列如"123"会生成一个实例放在常量池里，这个实例是不在堆里的，也不会被GC，这个实例的value属性从源码的构造函数看应该是用new创建数组置入123的，所以按我的理解此时value存放的字符数组地址是在堆里，如果有误的话欢迎大家指正。
4.使用String不一定创建对象
在执行到双引号包含字符串的语句时，如String a = "123"，JVM会先到常量池里查找，如果有的话返回常量池里的这个实例的引用，否则的话创建一个新实例并置入常量池里。如果是 String a = "123" + b (假设b是"456")，前半部分"123"还是走常量池的路线，但是这个+操作符其实是转换成[SringBuffer].Appad()来实现的，所以最终a得到是一个新的实例引用，而且a的value存放的是一个新申请的字符数组内存空间的地址(存放着"123456")，而此时"123456"在常量池中是未必存在的。
要注意: 我们在使用诸如String str = "abc"；的格式定义类时，总是想当然地认为，创建了String类的对象str。担心陷阱！对象可能并没有被创建！而可能只是指向一个先前已经创建的对象。只有通过new()方法才能保证每次都创建一个新的对象
5.使用new String，一定创建对象
在执行String a = new String("123")的时候，首先走常量池的路线取到一个实例的引用，然后在堆上创建一个新的String实例，走以下构造函数给value属性赋值，然后把实例引用赋值给a：
public String(String original) {
int size = original.count;
char[] originalValue = original.value;
char[] v;
if (originalValue.length > size) {
// The array representing the String is bigger than the new
// String itself. Perhaps this constructor is being called
// in order to trim the baggage, so make a copy of the array.
int off = original.offset;
v = Arrays.copyOfRange(originalValue, off, off+size);
} else {
// The array representing the String is the same
// size as the String, so no point in making a copy.
v = originalValue;
}
this.offset = 0;
this.count = size;
this.value = v;
}
从中我们可以看到，虽然是新创建了一个String的实例，但是value是等于常量池中的实例的value，即是说没有new一个新的字符数组来存放"123"。
如果是String a = new String("123"+b)的情况，首先看回第4点，"123"+b得到一个实例后，再按上面的构造函数执行。
6.String.intern()
String对象的实例调用intern方法后，可以让JVM检查常量池，如果没有实例的value属性对应的字符串序列比如"123"(注意是检查字符串序列而不是检查实例本身)，就将本实例放入常量池，如果有当前实例的value属性对应的字符串序列"123"在常量池中存在，则返回常量池中"123"对应的实例的引用而不是当前实例的引用，即使当前实例的value也是"123"。
public native String intern();
存在于.class文件中的常量池，在运行期被JVM装载，并且可以扩充。String的 intern()方法就是扩充常量池的 一个方法；当一个String实例str调用intern()方法时，Java 查找常量池中 是否有相同Unicode的字符串常量，如果有，则返回其的引用，如果没有，则在常 量池中增加一个Unicode等于str的字符串并返回它的引用；看示例就清楚了
public static void main(String[] args) {
String s0 = "kvill";
String s1 = new String("kvill");
String s2 = new String("kvill");
System.out.println( s0 == s1 ); //false
System.out.println( "**********" );
s1.intern(); //虽然执行了s1.intern(),但它的返回值没有赋给s1
s2 = s2.intern(); //把常量池中"kvill"的引用赋给s2
System.out.println( s0 == s1); //flase
System.out.println( s0 == s1.intern() ); //true//说明s1.intern()返回的是常量池中"kvill"的引用
System.out.println( s0 == s2 ); //true
}
最后我再破除一个错误的理解：有人说，“使用 String.intern() 方法则可以将一个 String 类的保存到一个全局 String 表中 ，如果具有相同值的 Unicode 字符串已经在这个表中，那么该方法返回表中已有字符串的地址，如果在表中没有相同值的字符串，则将自己的地址注册到表中”如果我把他说的这个全局的 String 表理解为常量池的话，他的最后一句话，”如果在表中没有相同值的字符串，则将自己的地址注册到表中”是错的：
public static void main(String[] args) {
String s1 = new String("kvill");
String s2 = s1.intern();
System.out.println( s1 == s1.intern() ); //false
System.out.println( s1 + " " + s2 ); //kvill kvill
System.out.println( s2 == s1.intern() ); //true
}
在这个类中我们没有声名一个”kvill”常量，所以常量池中一开始是没有”kvill”的，当我们调用s1.intern()后就在常量池中新添加了一 个”kvill”常量，原来的不在常量池中的”kvill”仍然存在，也就不是“将自己的地址注册到常量池中”了。
s1==s1.intern() 为false说明原来的”kvill”仍然存在；s2现在为常量池中”kvill”的地址，所以有s2==s1.intern()为true。
StringBuffer与StringBuilder的区别，它们的应用场景是什么？
StringBuilder 始于 JDK 1.5
从 JDK 1.5 开始，带有字符串变量的连接操作（+），JVM 内部采用的是
StringBuilder 来实现的，而之前这个操作是采用 StringBuffer 实现的。
public class Buffer {
public static void main(String[] args) {
String s1 = "aaaaa";
String s2 = "bbbbb";
String r = null;
int i = 3694;
r = s1 + i + s2;
for(int j=0;i<10;j++){
r+="23124";
}
}
}
使用命令javap -c Buffer查看其字节码实现：
参考：
