JDK8中String的intern()方法详细解读【内存图解+多种例子+1.1w字长文】

时间:2022-09-21 20:08:10

一、前言

String字符串在我们日常开发中最常用的,当然还有他的两个兄弟StringBuilder和StringBuilder。他三个的区别也是面试中经常问到的,大家如果不知道,就要先去看看了哈!最近也是看周志明老师的深入JVM一书中写到关于intern()方法的介绍,小编也是以前没在开发中用到。但是面试题还是很多的,所以特意研究了一天,写下来记录一下自己的收获,希望也可以帮助到大家!!

二、图文理解String创建对象

1.例子一

String str1 = "wang";

JVM在编译阶段会判断字符串常量池中是否有 "wang" 这个常量对象如果有,str1直接指向这个常量的引用,如果没有会在常量池里创建这个常量对象。

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2.例子二

String str2 = "学" + "Java";

JVM编译阶段过编译器优化后会把字符串常量直接合并成"学Java",所有创建对象时只会在常量池中创建1个对象。

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3.例子三

String str3 = new String("学Java");

当代码执行到括号中的"学Java"的时候会检测常量池中是否存在"学Java"这个对象,如果不存在则在字符串常量池中创建一个对象。当整行代码执行完毕时会因为new关键字在堆中创建一个"学Java"对象,并把栈中的变量"str3"指向堆中的对象,如下图所示。这也是为什么说通过new关键字在大部分情况下会创建出两个字符串对象!

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4.例子四

String str4 = "学Java";
String str5 = "学Java";
System.out.println(str4 == str5); // 如下图得知为:true

第一行代码:
JVM在编译阶段会判断字符串常量池中是否有 "学Java" 这个常量对象如果有,str4直接指向这个常量的引用,如果没有会在常量池里创建这个常量对象。
第二行代码:
再创建"学Java",发现字符串常量池中存在了"学Java",所以直接将栈中的str5变量也指向字符串常量池中已存在的"学Java"对象,从而避免重复创建对象,这也是字符串常量池存在的原因。

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5.例子五

String str6 = new String("学") + new String("Java");

首先,会先判断字符串常量池中是否存在"学"字符串对象,如果不存在则在字符串常量池中创建一个对象。当执行到new关键字在堆中创建一个"学"字符串对象。后面的new String("Java"),也是这样。
然后,当右边完成时,会在堆中创建一个"学Java"字符串对象。并把栈中的变量"str6"指向堆中的对象。
总结:一句代码创建了5个对象,但是有两个在堆中是没有引用的,按照垃圾回收的可达性分析,他们是垃圾就是"学"、"Java"这俩垃圾

心得:
上面代码进行反编译:

String str6 = (new StringBuilder()).append(new String("\u5B66"))
					.append(new String("Java")).toString();

底层是一个StringBuilder在进行把两个对象拼接在一起,最后栈中str6指向堆中的"学Java",其实是StringBuilder对象。

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6.例子六

String str7 = new String("学Java");
String str8 = new String("学Java");
System.out.println(str7 == str8); // 如下图得知为:false

执行到第一行:
执行到括号内的"学Java",会先判断字符串常量池中是否存在"学Java"字符串对象,如果没有则在字符串常量池中创建一个"学Java"字符串对象,执行到new关键字时,在堆中创建一个"学Java"字符串对象,栈中的变量str7的引用指向堆中的"学Java"字符串对象。
执行到第二行:
当执行到第二行括号中的"学Java"时,先判断常量池中是否有"学Java"字符串对象,因为第一行代码已经将其创建,所以有的话就不创建了;执行到new关键字时,在堆中创建一个"学Java"字符串对象,栈中的变量str8的引用指向堆中的"学Java"字符串对象。

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三、深入理解intern()方法

1. 源码查看

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    // ....
    /**
     * Returns a canonical representation for the string object.
     * <p>
     * A pool of strings, initially empty, is maintained privately by the
     * class {@code String}.
     * <p>
     * When the intern method is invoked, if the pool already contains a
     * string equal to this {@code String} object as determined by
     * the {@link #equals(Object)} method, then the string from the pool is
     * returned. Otherwise, this {@code String} object is added to the
     * pool and a reference to this {@code String} object is returned.
     * <p>
     * It follows that for any two strings {@code s} and {@code t},
     * {@code s.intern() == t.intern()} is {@code true}
     * if and only if {@code s.equals(t)} is {@code true}.
     * <p>
     * All literal strings and string-valued constant expressions are
     * interned. String literals are defined in section 3.10.5 of the
     * <cite>The Java&trade; Language Specification</cite>.
     *
     * @return  a string that has the same contents as this string, but is
     *          guaranteed to be from a pool of unique strings.
     */
    public native String intern();
}

翻译过来就是,当intern()方法被调用的时候,如果字符串常量池中已经存在这个字符串对象了,就返回常量池中该字符串对象的地址;如果字符串常量池中不存在,就在常量池中创建一个指向该对象堆中实例的引用,并返回这个引用地址。

2. 例子一

我们直接先把周志明老师的在深入JVM一书的例子:

String str1 = new StringBuilder("计算机").append("软件").toString(); 
System.out.println(str1.intern() == str1);
String str2 = new StringBuilder("ja").append("va").toString(); 
System.out.println(str2.intern() == str2);

这段代码在JDK 6中运行,会得到两个false,而在JDK 7、8中运行,会得到一个true和一个false。产 生差异的原因是,在JDK 6中,intern()方法会把首次遇到的字符串实例复制到永久代的字符串常量池 中存储,返回的也是永久代里面这个字符串实例的引用,而由StringBuilder创建的字符串对象实例在 Java堆上,所以必然不可能是同一个引用,结果将返回false。 而JDK 7(以及部分其他虚拟机,例如JRockit)的intern()方法实现就不需要再拷贝字符串的实例到永久代了,既然字符串常量池已经移到Java堆中,那只需要在常量池里记录一下首次出现的实例引用即可,因此intern()返回的引用和由StringBuilder创建的那个字符串实例就是同一个。而对str2比较返 回false,这是因为“java”(下面解释)这个字符串在执行String-Builder.toString()之前就已经出现过了,字符串常量 池中已经有它的引用,不符合intern()方法要求“首次遇到”的原则,“计算机软件”这个字符串则是首次出现的,因此结果返回true。

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java为什么已经存在了?

1.我们在一个类中输入System,然后点击到这个方法中,方法内容如下:

public final class System {
	// ...
	private static void initializeSystemClass() {
		// ...
		sun.misc.Version.init();
		// ...
	}
	// ...
}

2.我们点击上面的Version类,类内容如下:

public class Version {
    private static final String launcher_name = "java";
    private static final String java_version = "1.8.0_121";
    private static final String java_runtime_name = "Java(TM) SE Runtime Environment";
    private static final String java_profile_name = "";
    private static final String java_runtime_version = "1.8.0_121-b13";
    private static boolean versionsInitialized;
    private static int jvm_major_version;
    private static int jvm_minor_version;
    private static int jvm_micro_version;
    private static int jvm_update_version;
    private static int jvm_build_number;
    private static String jvm_special_version;
    private static int jdk_major_version;
    private static int jdk_minor_version;
    private static int jdk_micro_version;
    private static int jdk_update_version;
    private static int jdk_build_number;
    private static String jdk_special_version;
    private static boolean jvmVersionInfoAvailable;

    public Version() {
    }

    public static void init() {
        System.setProperty("java.version", "1.8.0_121");
        System.setProperty("java.runtime.version", "1.8.0_121-b13");
        System.setProperty("java.runtime.name", "Java(TM) SE Runtime Environment");
    }
}

3.找到java关键字,所以上面的str2.intern() == str2返回false。

private static final String launcher_name = "java";

我们开始例子和详细解释,发车了,大家坐好哦!
以下例子来自:原博客,解释是为小编自己的理解。

3. 例子二

String str1 = new String("wang");
str1.intern();
String str2 = "wang";
System.out.println(str1 == str2); // false

执行第一行代码:
首先执行到"wang",因为字符串常量池中没有,则会在字符串常量池中创建"wang"字符串对象。
然后执行到new关键字时,在堆中创建一个"wang"的对象,并把栈中的str1的引用指向"wang"对象。

执行第二行代码:
这里我们看到就是str1手动把"wang"放在字符串常量池中,但是发现字符串常量池中已经存在"wang"字符串对象,所以直接把已存在的引用返回。虽然str1.intern()指向了字符串常量池中的"wang",但是我们第四行代码并没有拿str1.intern()作比较,所以还是false。

执行第三行代码:
首先通过第一行代码,字符串常量池中已经有"wang"字符串对象了,所以本行代码只需要把栈中的str2变量指向字符串常量池中的"wang"即可。

执行第四行代码:
如上和下图可见,我们的str1执行堆中的"wang",str2指向的是字符串常量池中的"wang",肯定返回false。

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4. 例子三

String str3 = new String("wang") + new String("zhen");
str3.intern();
String str4 = "wangzhen";
System.out.println(str3 == str4); // true

执行到第一行代码:
首先执行到"wang"时,因为字符串常量池中没有,则会在字符串常量池中创建一个"wang"字符串对象;
然后执行到"zhen"时,因为字符串常量池中没有,则会在字符串常量池中创建一个"zhen"字符串对象;
最后执行到new关键字时,看到是两个,但是底层字节码文件反编译的是使用如下可见,只会有一个StringBuilder对象生成,于是将栈中的str3的引用指向堆中的"wangzhen"对象。

String str3 = (new StringBuilder()).append(new String("wang"))
					.append(new String("zhen")).toString();

执行到第二行代码:
这里我们看到就是str3手动把"wangzhen"放在字符串常量池中,在字符串常量池中没有找到"wangzhen",于是把str3 .intern()引用指向堆中的"wangzhen"的地址。现在str3和str3 .intern()一样

执行到第三行代码:
判断字符串常量池中是否存在"wangzhen"字符串对象,第二行代码已经在字符串常量池中创建了"wangzhen",不过str4是指向str3中堆的引用(看图就明白了)。

执行到第四行代码:
str3和str3 .intern()引用一样,str3 .intern()和str4是一个,所以str3和str4相等。

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5. 例子四

String str5 = new String("wang") + new String("zhen");
String str6 = "wangzhen";
str5.intern();
System.out.println(str5 == str6); // false

执行到第一行代码:
首先执行到"wang"时,因为字符串常量池中没有,则会在字符串常量池中创建一个"wang"字符串对象;
然后执行到"zhen"时,因为字符串常量池中没有,则会在字符串常量池中创建一个"zhen"字符串对象;
最后执行到new关键字时,看到是两个,但是底层字节码文件反编译的是使用如下可见,只会有一个StringBuilder对象生成,于是将栈中的str5的引用指向堆中的"wangzhen"对象。同上面的反编译代码

执行到第二行代码:
执行到"wangzhen",判断字符串常量池中是否存在"wangzhen",发现没有,在字符串常量池中创建"wangzhen"字符串对象,然后把栈中的str6变量的引用指向"wangzhen"对象。

执行到第三行代码:
这里我们看到就是str5手动把"wangzhen"放在字符串常量池中,我们发现,在字符串常量池中已存在"wangzhen",于是str5 .intern()就是"wangzhen"对象的地址。我们还没没有收到返回值

如下图,我们看到肯定返回false,此时str5.intern() == str6 (true)

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6. 例子五

String str7 = new String("wang") + new String("zhen");
String str8 = "wangzhen";
System.out.println(str7.intern() == str8); // true
System.out.println(str7 == str8); // false
System.out.println(str8 == "wangzhen"); // true

执行到第一行代码:
同例子三和例子四的第一行代码;

执行到第二行代码:
先判断字符串常量池中是否存在"wangzhen"对象,发现没有,我们在字符串常量池中创建"wangzhen"字符串对象;

执行到第三行代码:
执行到str7.intern()这里,我们看到就是str7手动把"wangzhen"放在字符串常量池中,在字符串常量池中已结存在"wangzhen",于是把字符串常量池"wangzhen"的地址。现在str7和str7 .intern()一样

执行到第四行代码:
str7的指向为堆中的"wangzhen",而str8指向则为字符串常量池中的"wangzhen",故不相同,返回false。

执行到第五行代码:
str8指向则为字符串常量池中的"wangzhen",执行"wangzhen",则把已存在的字符串常量池中"wangzhen"返回,故相同,返回true。

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7. 例子六

String str9 = new String("wang") + new String("zhen");
System.out.println(str9.intern() == str9); // true
System.out.println(str9 == "wangzhen"); // true

执行到第一行代码:
同上

执行到第二行代码:
执行到str9.intern()这里,我们看到就是str9手动把"wangzhen"放在字符串常量池中,在字符串常量池中没有"wangzhen",于是把str3 .intern()引用指向堆中的"wangzhen"的地址。现在str9和str9.intern()一样

执行到第三行代码:
str9指向堆内存中的"wangzhen",执行到"wangzhen"时,发现字符串常量池中已存在,直接返回str9指向的引用即可,故返回true。

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四、总结

经过这么多例子,大家应该明白了吧,还是要自己跟着例子进行换一下jvm内存图,这样就理解记忆,也不会轻易忘记!看到这里了,给小编点个赞呗,整理了一天。太不容易了,谢谢大家了!

在此感谢小编参考的博客:参考博客,小编在基础上按照自己的理解写的,也进行了深入的扩展哈!


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