Java字符串就该这样设计-优快云博客

本文从设计原理出发，深入解析Java字符串相关知识。介绍了常量池，编译时会存储常量，JVM运行时也只保存一份；阐述字符串不可变性，为保证系统健壮，常量不可变；还说明了字符串 + 操作内部是调用 StringBuilder 实现，以提高效率。

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一翻开Java面试题，基本上都会有考察字符串的不可变性，new String()和“”的区别，字符串+内部实现等相关问题，您可能也知道常量池，看了一些堆栈图，了解了上述答案，可是过阵子可能就会模糊，因为也许不懂它为什么要这样设计。

本文将从为什么这么设计，到你也是这样设计的认知过程，带你去了解一下Java字符串，有了这个过程，你就很难忘记，因为它本身就该如此。

所谓常量池

String s1 =  "abc";
String s2 =  "abc";
String s3 =  "abc";
String s4 =  "abc";
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上述代码我们不考虑什么“abc”几份，先考虑一下如果你有这样的代码，你该怎么优化，很显然，这里的“abc”都是一样的，而我居然傻啦吧唧的写了4份，继续下去还不得累死，所以优化如下：

// 建立字符串常量
String constant  = "abc";
String s1 =  constant;
String s2 =  constant;
String s3 =  constant;
String s4 =  constant;
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上述优化是很自然的，那么javac编译时也不傻，即使我们没有做上述优化，javac编译时也会建立一个UTF-8常量，形式如下：

Constant pool:
……
#31 = Utf8               abc
……
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而后s1,s2,s3,s4最终值都会引用到这个#31，你会发现，这和你自己优化所建立的字符串常量是一个意思，没有任何特殊之处，对的，这就是很自然的设计，所以每个.java文件编译成.class文件的时候，都会有一个块重要的数据，叫做Constant pool（常量池）,就是用来存储这些所谓的常量，比如上述的“abc”，当然你的类名，方法名，字段名，变量名最终都会存储为UTF-8常量，还有其它，这里就不复述了，通过javap -v xxx.class可以很直观的看到所有常量池的数据。

回到面试题，s1,s2,s3,s4是一个值么？答案是废话啊，不然我要写4份么，既然是一份，那么地址和值怎么可能不同呢？

在实际应用中，我们通常会建立一个常量类，用来表示常量，例如：

public class Constant {
    public static final String STR_CONST = "abc";
}
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其它任何类的方法使用都调用Constant.STR_CONST即可，我们都知道这样“abc”只有一份，而且不可变，那么很显然， Jvm也不傻，当它把所有.class中的Constant pool（常量池）数据放入Jvm内存中一个专门区域（运行时常量池），发现有多份"abc"的时候，Jvm和我们一样只保存一份，就如同上述STR_CONST一样，其它引用这一份即可。

所以“abc”这个常量本身，在Jvm中只会有一份，换做我们，上述常量类中STR_CONST不也是这个意思么，太自然了。

所谓字符串不可变性

当我们建立了常量：

public static final String STR_CONST = "abc";
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为什么要加final？因为我们知道很多地方引用了这个STR_CONST，如果不加final，STR_CONST一旦改变，所有引用这个值得都改变了，增加了不可确定性，程序会不可控。

通过上节你知道，Jvm会把“abc”作为常量，只存储到运行时常量池一份，就如同我们建立的STR_CONST一样，那么我们都知道要设置final让其不可变，Jvm当然也知道，Jvm中的"abc"被很多地方引用，当然也要不可变，这样系统才健硕，这也是很自然的一个过程，所以类似下面的操作。

String constant  = "abc";
constant.toUpperCase() 
constant.substring(2);
constant = constant + "ef";
……
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都是不会改变"abc"本身的，就如同我们会用STR_CONST来进行其他操作，但是却不会改变STR_CONST本身值一样，Jvm同样不傻，也不会改变"abc"本身的，这是一个道理。

其实上述操作本质都是创建了一个新的String对象，new String(...)，而不是对“abc”的操作，那么new有什么不一样呢？

String constant  = "abc";
String str = new String("abc")
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new String("abc")和常量池完全没关系了么？，并不是，new String("abc")里的"abc"，其实还是引用常量池的"abc"。

但是因为是new，创建了一个新对象，和所有创建对象一样都经过了new（创建对象，分配堆空间，为堆空间初始化零值），invokespecial（调用构造方法，写入实例变量值）等指令，最终在堆有才有了一份String对象，而且str引用它。

我们的"abc"是存储在运行时常量池的，被很多地方引用，而str是一个对象，存储在堆中，它们属于不同的内存空间，所以单纯比较地址（==）是肯定不同的。

所谓+内部实现

String constant = "abc";
String result = constant + "ef";
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我们现在都知道 + 内部其实是调用StringBuilder来实现的，StringBuilder内部有一个可扩容的char[] value，初始是16，上述+"ef"，不需要扩容，16完全能满足。

看起来大材小用，然而如果让你提供一个+操作，当然不能只考虑上述这么简单的情况，多次+操作呢，循环+操作呢，StringBuilder作为一个通用的实现，就是为了一次解决上述各种问题的，我们实际开发中尽可能的让一个方法能兼容一种操作的多种情况，那么Javac编译也是相同的，一遇到+号，就直接编译成StringBuilder来操作，这样我们实际开发中的各种+操作，最终都将是高效的，换做我们不也会这样设计么。