浅谈 Java 中字符串的初始化（详细图解）

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前言

在深入学习字符串类之前，我们先搞懂JVM是怎样处理新生字符串的。当你知道字符串的初始化细节后，再去写String s = "hello"或String s = new String("hello")等代码时，就能做到心中有数。

首先得搞懂字符串常量池的概念，下面进入正文吧。

常量池

把经常用到的数据存放在某块内存中，避免频繁的数据创建与销毁，实现数据共享，提高系统性能。

八种基础数据类型除了float和double都实现了常量池技术。在近代的JDK版本中(1.7后)，字符串常量池被实现在Java堆内存中。

下面通过三行代码让大家对字符串常量池建立初步认识：

public static void main(String[] args) {
    String s1 = "hello";
    String s2 = new String("hello");
    System.out.println(s1 == s2);   //false
}

先来看看第一行代码String s1 = "hello";

直接通过双引号（ String s1 = "hello"）声明字符串的方式，虚拟机首先会到字符串常量池中查找该字符串是否已经存在。如果存在会直接返回该引用，如果不存在则会在堆内存中创建该字符串对象，然后到字符串常量池中注册该字符串。

上面的代码中（ String s1 = "hello"）虚拟机首先会到字符串常量池中查找是否有存在hello字符串对应的引用。发现没有后会在堆内存创建hello字符串对象(内存地址0x0001)，然后到字符串常量池中注册地址为0x0001的hello对象，也就是添加指向0x0001的引用。最后把字符串对象返回给s1。

下面看String s2 = new String("hello");

当我们使用new关键字创建字符串对象的时候，JVM将不会查询字符串常量池，它将会直接在堆内存中创建一个字符串对象，并返回给所属变量。

所以s1和s2指向的是两个完全不同的对象，判断s1 == s2的时候会返回false。

再来看下面的示例：

public static void main(String[] args) {
    String s1 = new String("hello ") + new String("world");
    s1.intern();
    String s2 = "hello world";
    System.out.println(s1 == s2);   //true
}

第一行代码String s1 = new String("hello ") + new String("world");的执行过程是这样子的：

依次在堆内存中创建hello和world两个字符串对象；
然后把它们拼接起来 (底层使用StringBuilder实现)；
在拼接完成后会产生新的hello world对象，这时变量s1指向新对象hello world。

执行完第一行代码后，内存是这样子的：

第二行代码s1.intern();

当调用intern()方法时，首先会去常量池中查找是否有该字符串对应的引用，如果有就直接返回该字符串；

如果没有，就会在常量池中注册该字符串的引用，然后返回该字符串。

由于第一行代码采用的是new的方式创建字符串，所以在字符串常量池中没有保存hello world对应的引用，虚拟机会在常量池中进行注册，注册完后的内存示意图如下：

第三行代码String s2 = "hello world";

首先虚拟机会去检查字符串常量池，发现有指向hello world的引用。然后把该引用所指向的字符串直接返回给所属变量。

执行完第三行代码后，内存示意图如下：

如图所示，s1和s2指向的是相同的对象，所以当判断s1 == s2时返回true。

总结：

当用new关键字创建字符串对象时，不会查询字符串常量池；
当用双引号直接声明字符串对象时，虚拟机将会查询字符串常量池。

说白了就是：字符串常量池提供了字符串的复用功能，除非我们要显式创建新的字符串对象，否则对同一个字符串虚拟机只会维护一份拷贝。

反编译代码验证字符串初始化操作

下面我们再来看一个示例：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String s1 = "hello ";
        String s2 = "world";
        String s3 = s1 + s2;
        String s4 = "hello world";
        System.out.println(s3 == s4);
    }
}

首先第一行和第二行是常规的字符串对象声明，它们分别会在堆内存创建字符串对象，并会在字符串常量池中进行注册。

影响我们做出判断的是第三行代码String s3 = s1 + s2;，我们不知道s1 + s2在创建完新字符串hello world后是否会在字符串常量池进行注册。

简单点说：我们不知道这行代码是以双引号形式声明字符串，还是用new关键字创建字符串。

那么我们看下这端代码的反编译后的代码：

PS D:\code\javaSE\target\classes\demo> javap -c .\Main.class
Compiled from "Main.java"
public class demo.Main {
  public demo.Main();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: ldc           #2                  // String hello
       2: astore_1
       3: ldc           #3                  // String world
       5: astore_2
       6: new           #4                  // class java/lang/StringBuilder
       9: dup
      10: invokespecial #5                  // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
      13: aload_1
      14: invokevirtual #6                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
      17: aload_2
      18: invokevirtual #6                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
      21: invokevirtual #7                  // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
      24: astore_3
      25: ldc           #8                  // String hello world
      27: astore        4
      29: getstatic     #9                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
      32: aload_3
      33: aload         4
      35: if_acmpne     42
      38: iconst_1
      39: goto          43
      42: iconst_0
      43: invokevirtual #10                 // Method java/io/PrintStream.println:(Z)V
      46: return
}

直接看重点：

21: invokevirtual #7 // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
24: astore_3
虚拟机调用StringBuilder的toString()方法获得字符串hello world，并存放至s3。

下面是我们追踪StringBuilder的toString()方法源码：

@Override
public String toString() {
    // Create a copy, don't share the array
    return new String(value, 0, count);
}

通过以上源码可以看出：s3是通过new关键字获得字符串对象的。

回到题目，也就是说字符串常量表中没有存储hello world的引用，当s4以引号的形式声明字符串时，由于在字符串常量池中查不到相应的引用，所以会在堆内存中新创建一个字符串对象。所以s3和s4指向的不是同一个字符串对象，结果为false。

总结

阅读完本文，相信你对于字符串的初始化的了解又更上一层了。关注我，一个专注分享Java知识的新时代农民工。