Java对String字符串对象的创建,管理和“+”运算符的实现

Constant Pool常量池 的概念:

在讲到String的一些特殊情况时,总会提到String Pool或者Constant Pool,但是我想很多人都不太明白Constant Pool到底是个怎么样的东西,运行的时候存储在哪里,所以在这里先说一下Constant Pool的内容.
String Pool是对应于在Constant Pool中存储String常量的区域.习惯称为String Pool,也有人称为String Constant Pool.好像没有正式的命名??

在java编译好的class文件中,有个区域称为Constant Pool,他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种常量,包括Class / String / Integer 等各种基本Java数据类型,详情参见The Java Virtual Machine Specification 4 .4章节.


关于String类的说明
1 .String使用private final char value[]来实现字符串的存储,也就是说String对象创建之后,就不能再修改此对象中存储的字符串内容,就是因为如此,才说String类型是不可变的(immutable).

2 .String类有一个特殊的创建方法,就是使用 "" 双引号来创建 .例如new String( " i am " )实际创建了2个String对象,一个是 " i am " 通过 "" 双引号创建的,另一个是通过new创建的.只不过他们创建的时期不同,一个是编译期,一个是运行期 !

3 .java对String类型重载了 + 操作符,可以直接使用 + 对两个字符串进行连接.

4 .运行期调用String类的intern()方法可以向String Pool中动态添加对象.

String的创建方法一般有如下几种
1 .直接使用 "" 引号创建.
2 .使用new String()创建.
3 .使用new String( " someString " )创建以及其他的一些重载构造函数创建.
4 .使用重载的字符串连接操作符 + 创建.

例1
   

/* 
    * "sss111"是编译期常量,编译时已经能确定它的值,在编译
    * 好的class文件中它已经在String Pool中了,此语句会在
    * String Pool中查找等于"sss111"的字符串(用equals(Object)方法确定),
    * 如果存在就把引用返回,付值给s1.不存在就会创建一个"sss111"放在
    * String Pool中,然后把引用返回,付值给s1.
    * 
    */ 
    String s1 = " sss111 " ; 

    // 此语句同上 
    String s2 = " sss111 " ;

    /* 
    * 由于String Pool只会维护一个值相同的String对象
    * 上面2句得到的引用是String Pool中同一个对象,所以
    * 他们引用相等
    */ 
    System.out.println(s1 == s2); // 结果为true 

例2
   

/* 
    * 在java中,使用new关键字会创建一个新对象,在本例中,不管在
    * String Pool中是否已经有值相同的对象,都会创建了一个新的
    * String对象存储在heap中,然后把引用返回赋给s1.
    * 本例中使用了String的public String(String original)构造函数.
    */ 
    String s1 = new String( " sss111 " ); 
    
    /* 
     * 此句会按照例1中所述在String Pool中查找
     */ 
    String s2 = " sss111 " ;
    
    /* 
     * 由于s1是new出的新对象,存储在heap中,s2指向的对象
     * 存储在String Pool中,他们肯定不是同一个对象,只是
     * 存储的字符串值相同,所以返回false.
     */ 
    System.out.println(s1 == s2); // 结果为false 

例3
   

String s1 = new String( " sss111 " );

   /* 
    * 当调用intern方法时，如果String Pool中已经包含一个等于此String对象
    * 的字符串(用 equals(Object)方法确定),则返回池中的字符串.否则,将此
    * String对象添加到池中，并返回此String对象在String Pool中的引用.
    */ 
    s1 = s1.intern(); 
    
    String s2 = " sss111 " ;
    
    /* 
     * 由于执行了s1 = s1.intern(),会使s1指向String Pool中值为"sss111"
     * 的字符串对象,s2也指向了同样的对象,所以结果为true 
     */ 
    System.out.println(s1 == s2);

例4
   

String s1 = new String( " 111 " ); 
    String s2 = " sss111 " ;
    
/* 
    * 由于进行连接的2个字符串都是常量,编译期就能确定连接后的值了, 
    * 编译器会进行优化 直接把他们表示成"sss111"存储到String Pool中, 
    * 由于上边的s2="sss111"已经在String Pool中加入了"sss111", 
    * 此句会把s3指向和s2相同的对象,所以他们引用相同.此时"sss"和"111" 
    * 两个常量不会再创建. 
    */ 

    String s3 = " sss " + " 111 " ;
    
    /* 
     * 由于s1是个变量,在编译期不能确定它的值是多少 ,所以
     * 会在执行的时候创建一个新的String对象存储到heap中,
     * 然后赋值给s4.
     */ 
    String s4 = " sss " + s1;
    
    System.out.println(s2 == s3); // true 
    System.out.println(s2 == s4); // false 
    System.out.println(s2 == s4.intern()); // true

例5
这个是The Java Language Specification中3. 10 .5节的例子,有了上面的说明,这个应该不难理解了
   

package testPackage;
    class Test {
            public static void main(String[] args) {
                    String hello = " Hello " , lo = " lo " ;
                    System.out.print((hello == " Hello " ) + " " );
                    System.out.print((Other.hello == hello) + " " );
                    System.out.print((other.Other.hello == hello) + " " );
                    System.out.print((hello == ( " Hel " + " lo " )) + " ");
                    System.out.print((hello == ( " Hel " + lo)) + " " );  //lo在runtime会创建一个新的对象
                    System.out.println(hello == ( " Hel " + lo).intern());
            }
    }
    class Other { static String hello = " Hello " ; }

    package other;
    public class Other { static String hello = " Hello " ; }

输出结果为true true true true false true ,请自行分析 !


结果上面分析,总结如下:
1 .单独使用 "" 引号创建的字符串都是常量,编译期 就已经确定存储到String Pool 中.
2 .使用new String( "" )创建的对象会存储到heap中,是运行期 新创建的.
3 .使用只包含常量的字符串连接符如 " aa " + " aa " 创 建的也是常量,编译期就能确定,已经确定存储到String Pool中.(编译时会直接优化成"aaaa"，如果String Pool 中没有"aaaa"，就用""号创建一个String,直接放到Pool中,比如：String t = "a"+ "b" +"c"; 会优化成"abc",然后放入Pool中；又比如String s = "x"+"y"+ref;在编译时有部分的优化:"xy"，而ref + "x" +"y"就不会有部分的优化，"+"从左到右执行，ref是变量，编译时期无法确定)

4 .使用包含变量的字符串连接符如 " aa " + s1创建的对象是运行期才创建的,存储在heap中.

  (根据java api文档中String类所讲，会在内部使用stringbuffer及其append方法来实现连接，然后执行toString()，这样就会在运行时又创建一个新对象)



还有几个经常考的面试题:

1 .

String s1 = new String( " s1 " ) ;
String s2 = new String( " s1 " ) ;

上面创建了几个String对象 ?
答案:3个 ,编译期Constant Pool中创建1个,运行期heap中创建2个.