String的两种实例化方式

2017-07-26 本文已影响0人 DeppWang

关于String的两种实例化方式，我们要先理解类、对象、实例的含义和它们之间的区别与联系。类是抽象化的（如狗），对象是具体化的（如京巴狗），我们常说一个对象（京巴狗）是某个类（狗）的一个实例（instance），所以对象与实例的含义等价。

我们知道，字符串操作是计算机程序设计中最常见的行为。学习String的实例化是非常有必要的。以下是String的源码：

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
}

我们可以看出String是final类型，不能被继承。它继承了3个接口，Serializable（可序列化的）、Comparable（可比较的）、CharSequence（字符序列）。

继承Serializable接口，可以被JVM序列化成文件。
继承Comparable接口，主要实现它的compareTo(T o)方法，此方法用来比较两个字符串的长度，返回一个int值。
继承CharSequence接口，实现的方法常用的有length()、toString()等。

顺便提醒，Java是单继承、多实现语言。

注意：

本文多次出现的字符串是指字符串常量，为表达意思更加贴切，遂有的地方使用字符串代替字符串常量。
本文多次出现的引用指对象引用（实例引用），引用和基本数据类型均为变量，在JVM中存于Java虚拟机栈中，更确信的说是局部变量表中，如果你想要深入了解请看《深入理解Java虚拟机（第二版）》或者这篇博文。
本文多次使用大意为“返回引用”的语句，可以理解为返回引用所指向的对象。

字符串常量池

想要了解String的实例化，要先了解字符串常量池。字符串常量池存放于Java文件编译生成的Class文件中，Class文件存放于方法区（《深入理解Java虚拟机（第二版）》第65页）。

JVM中设计字符串常量池是为了减少实例化重复的字符串，以节约新建时间和内存空间。如果字符串已经在字符串常量池存在，就不再新建，而是将新的引用指向它，可以理解为多个引用共享一个字符串。因为String为final类型，它不可改变的特点，保证其在字符串常量池的唯一性（已经存在的不新建，新建的肯定不同），这也是字符串常量池能设计出来的原因。

隐式实例化：直接赋值

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        String s = "hello";
        String s2 = "hello";
        System.out.println(s == s2);
    }
}

以上直接赋值，是我们常用的实例化方式。我们将采用直接赋值方式生成的字符串也称为匿名对象，当然，匿名对象也是对象。符号"=="判断两个引用是否指向同一个对象（字符串），通过输出结果为true可知，对于引用s2来说，没有重新新建一个字符串，而是将引用s2指向字符串"hello"，

从JVM角度来看，JVM在编译Java文件生成Class文件时，将字符串"hello"添加到字符串常量池中，在虚拟机栈（局部变量表）中给s、s2分配一块内存，均指向字符串"hello"。如下图，我们可以将引用理解为存放它“指向”的对象（字符串）的内存地址，假设字符串"hello"的地址为0x1001。

image

那如果隐式实例化如下，引用与字符串是什么关系呢？

String s = "hello";
s = "world";

因为String是final类型，即一个字符串（String对象）创建后就不能被修改。所以"world"是一个新的字符串。引用s指向字符串"world"，字符串常量池中的字符串"hello"由于没有了引用，会被回收。（本文是基于jdk1.8研究，字符串常量池已经移出永久代。字符串可以被回收）如下图所示：

image

显式实例化：使用构造函数

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        String s = "hello";
        String s2 = new String("hello");
        String s3 = new String("hello");
        System.out.println(s==s2);
        System.out.println(s==s3);
        System.out.println(s2==s3);
    }
}

从输出三个false可以看出，三个对象均不相同，我们知道使用new关键字创建的实例存放于Java堆中。假设堆中存放的两个String对象的内存地址分别为0x1002和0x1003。如前面所讲，引用s所“指向”的字符串存放于字符串常量池。从JVM分析，有如下图示:

image

显式实例化常用于将字符数组转换为字符串，使用方式如下：

String string = "hello";
char[] array = string.toCharArray();
return new String(array);

intern()方法

你是不是觉得，两种实例化方式产生的“相等（equals())”对象总感觉能联系起来，你的直觉是对的。它们之间的联系纽带在于intern()方法。intern()方法是String类的方法，一个Native方法。一个存放在堆中的String对象调用此方法，JVM会在字符串常量池中去比较是否有“等于（==）”此String对象的字符串，如果有，返回池中代表这个字符串的String对象，没有则将此String对象包含的字符串放入字符串常量池中，再返回此String对象的引用(书中78页）。如果执行以下代码，会输出false/true/true。

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        String s = "hello";
        String s2 = new String("hello");
        String s3 = new String("hello");
        System.out.println(s2 == s2.intern());
        System.out.println(s == s3.intern());
        System.out.println(s2.intern() == s3.intern());
    }
}

来分析一下结果：

第一个输出false，我们将引用s、s2、s3所指向String对象分别称为对象1（字符串"hello"）、对象2和对象3，根据我上面所写的定义，s2.intern()将返回字符串常量池中的对象1，池中的对象1和堆中的对象2不是同一个对象，我们知道，符号"=="判断两个引用是否指向同一个对象，所以返回false。

如果此时池中没有对象1，即对象2包含的字符串"hello"是首次出现的。代码如下：

String s2 = new String("hello");
System.out.println(s2 == s2.intern());

s2.intern()方法将会把对象2的引用（我理解为字符串“hello”）放入字符串常量池中，并返回此引用，所以结果为true。

第二个和第三个输出true。此时对象1（字符串“hello”）存在字符串常量池中，s2.intern()和s3.intern()均返回对象1，所以两个true。

总结

根据《深入理解Java虚拟机（第二版）》书本上的理解，字符串常量池中的存放直接赋值的字符串（匿名对象）。待我自己安装后一套JDK，实际操作后，再来看看理解是否有误。只有代码不会撒谎！任何观点或定义必须用代码才能解释清楚。

参考书籍

《深入理解Java虚拟机（第二版）》

String的两种实例化方式

字符串常量池

隐式实例化：直接赋值

显式实例化：使用构造函数

intern()方法

总结

参考书籍

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