【Java基础】字符串不可变性、string的intern原理

1、String是如何实现不可变的？

string不可变的基本原理：

1. String类被声明为final，这意味着它不能被继承。那么他里面的方法就是没办法被覆盖的。
2. 用final修饰字符串内容的char[]（从JDK 1.9开始，char[]变成了byte[]），由于该数组被声明为final，一旦数组被初始化，就不能再指向其他数组。
3. String类没有提供用于修改字符串内容的公共方法。例如，没有提供用于追加、删除或修改字符的方法。如果需要对字符串进行修改，会创建一个新的String对象。

public final class Stringimplements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {/** The value is used for character storage. */private final char value[];/** use serialVersionUID from JDK 1.0.2 for interoperability */private static final long serialVersionUID = -6849794470754667710L;public String substring(int beginIndex) {if (beginIndex < 0) {throw new StringIndexOutOfBoundsException(beginIndex);}int subLen = value.length - beginIndex;if (subLen < 0) {throw new StringIndexOutOfBoundsException(subLen);}return (beginIndex == 0) ? this : new String(value, beginIndex, subLen);}public String concat(String str) {int otherLen = str.length();if (otherLen == 0) {return this;}int len = value.length;char buf[] = Arrays.copyOf(value, len + otherLen);str.getChars(buf, len);return new String(buf, true);}
}

2、String为什么设计成不可变的？

主要有以下4个原因：

1. 缓存：字符串是使用最广泛的数据结构。大量的字符串的创建是非常耗费资源的，所以，Java提供了对字符串的缓存功能，可以大大的节省堆空间。通过字符串池，两个内容相同的字符串变量，可以从池中指向同一个字符串对象，从而节省了关键的内存资源。
2. 安全性：字符串在Java应用程序中广泛用于存储敏感信息，如用户名、密码、连接url、网络连接等。JVM类加载器在加载类的时也广泛地使用它。如果是可变的，那么这个字符串内容就可能随时都被修改。那么这个字符串内容就完全不可信了。这样整个系统就没有安全性可言了。
3. 线程安全：不可变会自动使字符串成为线程安全的，因为当从多个线程访问它们时，它们不会被更改。
4. 可用于hashcode缓存：由于字符串对象被广泛地用作数据结构，它们也被广泛地用于哈希实现，如HashMap、HashTable、HashSet等。在对这些散列实现进行操作时，经常调用hashCode()方法。不可变性保证了字符串的值不会改变。因此，hashCode()方法在String类中被重写，以方便缓存，这样在第一次hashCode()调用期间计算和缓存散列，并从那时起返回相同的值。

3、字符串常量从哪来的？

字符串常量池的位置：

在JDK 1.6及之前的版本，字符串常量池通常被实现为方法区的一部分，即永久代（Permanent Generation），用于存储类信息、常量池、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

从JDK 1.7开始，字符串常量池的实现方式发生了重大改变。字符串常量池不再位于永久代，而是直接存放在堆（Heap）中，与其他对象共享堆内存。

之所以要挪到堆内存中，主要原因是因为永久代的 GC 回收效率太低，只有在FullGC的时候才会被执行回收。但是Java中往往会有很多字符串也是朝生夕死的，将字符串常量池放到堆中，能够更高效及时地回收字符串内存

字符串常量从哪来？

1、字面量常量
在代码中直接使用双引号括起来的字符串字面值（如String s = “Hollis”）会被认为是常量，并且会在编译后进入class文件的常量池，并且在运行阶段，进入字符串常量池。这是最常见的字符串常量来源。

2、intern()方法
String类提供了一个intern()方法，用于将字符串对象手动添加到字符串常量池中。

如果字符串池中已经存在一个等于该字符串的对象，intern()方法会返回这个已存在的对象的引用。

如果字符串池中没有等于该字符串的对象，intern()方法会将该字符串添加到字符串池中，并返回对新添加的字符串对象的引用。

4、String中intern的原理是什么？

根据intern方法的原理，判断下第4行和第8行的结果，并分析原因。

public static void main(String[] args) {String s1 = new String("a"); // ①s1.intern(); // ②String s2 = "a";// ③System.out.println(s1 == s2); // ④   falseString s3 = new String("a") + new String("a");// ⑤s3.intern();// ⑥String s4 = "aa";// ⑦System.out.println(s3 == s4);// ⑧    true}

这个类被编译后，Class常量池中应该有"a"和"aa"这两个字符串，这两个字符串最终会进到字符串池。但是，字面量"a"在代码①这一行，就会被存入字符串池，而字面量"aa"则是在代码⑦这一行才会存入字符串池。

以上代码的执行过程：
第①行，new 一个 String 对象，并让 s1指向他。
第②行，对 s1执行 intern，但是因为"a"这个字符串已经在字符串池中，所以会直接返回原来的引用，但是并没有赋值给任何一个变量。
第③行，s2指向常量池中的"a"；

所以，s1和 s2并不相等！

第⑤行，new 一个 String 对象，并让 s3 指向他。
第⑥行，对 s3 执行 intern，但是目前字符串池中还没有"aa"这个字符串，于是会把<s3指向的String对象的引用>放入<字符串常量池>。
第⑦行，因为"aa"这个字符串已经在字符串池中，所以会直接返回原来的引用，并赋值给 s4；

所以，s3和 s4 相等！

5、intern的正确用法

String s3 = new String("Hello").intern();

如果真的理解了第4部分intern的原理，就可以发现以上代码中的intern是多余的，因为字面量常量"Hello"已经在字符串常量中了。

如果在字符串拼接中，有一个参数是非字面量，而是一个变量的话，整个拼接操作会被编译成StringBuilder.append，这种情况编译器是无法知道其确定值的。只有在运行期才能确定。

那么，有了这个特性了，intern就有用武之地了。那就是很多时候，我们在程序中得到的字符串是只有在运行期才能确定的，在编译期是无法确定的，那么也就没办法在编译期被加入到常量池中。

这时候，对于那种可能经常使用的字符串，使用intern进行定义，每次JVM运行到这段代码的时候，就会直接把常量池中该字面值的引用返回，这样就可以减少大量字符串对象的创建了。

参考链接

1. https://www.yuque.com/hollis666/wk6won/ik9x1gx4zddllhhg
2. https://www.yuque.com/hollis666/wk6won/hhkgh2nsrlnf2g0g
3. https://www.yuque.com/hollis666/wk6won/koc3uykar8eg3oxt
4. https://www.yuque.com/hollis666/wk6won/yr32wu44yxt5l8nh
5. https://www.yuque.com/hollis666/wk6won/em12e4rgw6suv75o