Java--深入理解字符串的String#intern()方法奥妙之处

Posted 2021-10-25 吾日三省贾斯汀

学习背景

进入正文学习字符串的intern()方法之前，先给下这4个问题，看下自己是否都知道答案？

1、String s1 = “a” + “b”; //创建了几个对象？
2、String s2 = new String(“ab”); //创建了几个对象？
3、String s3 = new String(“a”) + new String(“b”); //创建了几个对象？
4、String s4= new String(“a”) + new String(“a”); s4.intern(); //创建了几个对象？

如果都清楚，恭喜你，大佬一枚，不用往下学习了，哈哈哈！
那如果不太确定或者需要加深自己的理解，建议进入正文一起来了解下吧！
当然，也可以拉到最后有答案！

String#intern()示例代码

---

先来执行一下String调用intern()方法的一段示例代码：

public class StringInternTest {
    public static void main(String[] args) {
        String reference1 = new String("a");
        reference1.intern();
        String reference2 = "a";
        System.out.println(reference1 == reference2);

        String reference3 = new String("a") + new String("a");
        reference3.intern();
        String reference4 = "aa";
        System.out.println(reference3 == reference4);
    }
}

JDK1.6 执行输出结果：

false
false

JDK1.7 执行输出结果：

false
true

大家可以先思考一下为什么结果是这样的？往下会具体介绍！

String##intern()源码

---

先来看一下intern()方法的JDK源码如下：

    /**
     * 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();

很显然通过源码可以看到intern()是一个native本地方法，但是native具体实现源码已经被隐藏了，这是一个历史故事了，SUN公司在JDK7开发期间，由于技术竞争和商业竞争陷入泥潭，无力再投入精力继续研发JDK，Oracle半路杀出直接收购Sun公司，Oracle接管JDK的研发后，发版了自己的Oracle JDK，Oracle的native底层等很多源码就被隐藏了，不过Oracle官方也声明OpenJDK和Oracle JDK7及以后版本，源码几乎是一模一样的，想要了解native底层源码具体实现过程，可以下载开源的OpenJDK的源码进行查看。

OpenJDK官网：https://hg.openjdk.java.net/
GitHub也开源啦：https://github.com/openjdk/jdk

例如String对应的OpenJDK底层源码主入口：jdk7\\jdk\\src\\share\\native\\java\\lang\\String.c

Java_java_lang_String_intern(JNIEnv *env, jobject this)
{
    return JVM_InternString(env, this);
}

native底层方法的实现，需要掌握C和C++的语法，学习门槛要求比较高，这里不是我们要学习的重点，不做具体介绍。

String#intern()方法作用

---

前面JDK源码intern()方法的英文注释已经说明了intern()方法的有具体用途了，网上也有很多说明，不过这里我以个人的理解以及话术简单概括下intern()方法的作用如下：

（1）只要调用String对象的intern()，都会去找到字符串常量池，然后判断String对象的字符串内容是否已经存在常量池中，不存在，则往字符串常量池中创建该字符串内容的对象（JDK6及之前）或创建新的引用并指向堆区已有对象地址（JDK7之后），存在则直接返回。

（2）JDK7时，字符串常量池从永久代脱离，迁移到堆区中，相比于JDK6，变化不只是字符串常量池迁移到堆区而已，另一个变化就是调用字符串对象的intern()方法，如果字符串常量池中不存在该字符串内容的对象，则不会再像JDK6直接往字符串常量池中创建该字符串内容的对象，而是创建一个新的引用并指向堆区已有对象地址，实现字符串常量池和堆区字符串共用的目的，效率更高。

JDK6 String#intern()执行说明

一张图介绍前面示例代码JDK6执行过程如下：

/**
 * JDK6 String#intern()执行说明
 */
public class StringInternTest {
    public static void main(String[] args) {
        //Step6.1
        //创建了2个对象，分别是堆区的String对象和字符串常量池中的"a"对象，reference1引用指向在堆区中的对象地址
        String reference1 = new String("a");
        //Step6.2
        //判断字符串常量池，是否该字符串"a"，此前，池中已经有该对象了，因此会返回池中的对象地址的引用
        reference1.intern();
        //Step6.3
        //字符串常量池中已存在字符串"a"，因此reference2引用直接指向对象在字符串常量池中的地址
        String reference2 = "a";
        //reference1指向对象地址是在堆区，reference2指向对象地址是在永久代的常量池，显然不可能一样
        System.out.println(reference1 == reference2);

        //Step6.4
        //创建了2个对象，分别是在堆区的String对象(内容是"aa")和字符串常量池中的"a"对象
        //reference3引用指向对象在堆区中的地址，这过程还会在堆区创建了两个无引用的"a"对象，这里不做讨论
        String reference3 = new String("a") + new String("a");
        //Step6.5
        //判断永久代中的字符串常量池，是否存在该字符串"aa"，这里是首次出现，因此直接将字符串拷贝并放到池中
        reference3.intern();
        //Step6.6
        //池中已存在该字符串，reference2引用直接指向对象在永久代字符串常量池中的地址
        String reference4 = "aa";
        //同样，reference3指向堆区地址，reference4指向永久代常量池中的地址，显然不可能一样
        System.out.println(reference3 == reference4);
    }
}

JDK7 String#intern()执行说明

一张图介绍前面示例代码JDK7执行过程如下：

/**
 * JDK1.7 String#intern()执行说明
 **/
public class StringInternTest {
    public static void main(String[] args) {
        //Step7.1
        //创建了2个对象，分别是堆区的String对象和字符串常量池中的"a"对象，reference1引用指向在堆区中的对象地址
        String reference1 = new String("a");
        //Step7.2
        //判断字符串常量池，是否该字符串"a"，此前，池中已经有该对象了，因此会返回池中的对象地址的引用
        reference1.intern();
        //Step7.3
        //字符串常量池中已存在字符串"a"，因此reference2引用直接指向对象在字符串常量池中的地址
        String reference2 = "a";
        //reference1指向对象地址是在堆区，reference2指向对象地址是在堆区的字符串常量池，引用指向的对象地址不一样
        System.out.println( reference1 == reference2);

        //Step7.4
        //创建了2个对象，分别是在堆区的String对象(内容是"aa")和字符串常量池中的"a"对象（注意并不会创建"aa"对象）
        //reference3引用指向对象在堆区中的地址，这过程还会在堆区创建了两个无引用的"a"对象，这里不做讨论
        String reference3 = new String("a") + new String("a");
        //Step7.5
        //判断堆区的字符串常量池中，是否存在该字符串"aa"，显然这里是首次出现
        //但并不像JDK6会新建对象"aa"存储，而是存储指向堆区已有对象地址的一个新引用
        reference3.intern();
        //Step7.6
        //指向池中已有该字符串的新引用，reference4引用直接指向字符串常量池中的这个新引用，新引用则指向堆区已有对象地址
        String reference4 = "aa";
        //reference4指向新引用，而新引用则指向堆区已有对象地址，跟reference3引用直接指向的对象地址是同一个
        System.out.println(reference3 == reference4);
    }

经典面试问题之创建了几个对象？

在实际的Java面试当中，经常会被问到字符串创建了几个对象的问题，主要是考察学习者对于对象的实例化以及字符串常量池在JVM结构体系中是如何运行的，个人觉得比较常见问题，无法就是如下几个：

1、最简单的比如：String s1 = “a” + “b”;创建了几个对象？

答：最多1个，多个字符串常量相加会被编译器优化为一个字符串常量即"ab"，如果字符串常量池不存在，则创建该对象。

2、相对简单的比如：String s1 = new String(“ab”);创建了几个对象？

答：1个或2个，使用new实例化对象，必然会在堆区创建一个对象，另外一个就是如果在字符串常量池中不存在"ab"这个对象，则会创建这个"ab"常量对象。

3、稍微难一点的比如：String s2 = new String(“a”) + new String(“b”);创建了几个对象？

答：至少4个，最多6个
堆区的1个new StringBuilder()和2个new String()
还有1个是StringBuilder()的toString()方法底层实现是new String(value, 0, count)
另外2个即"a"、"b"可能会在常量池新建对象
有的同学可能会有疑问，那这个toString过程"ab"字符串不会在常量池中也创建吗？
答案是，不会，最后StringBuilder的toString() 的调用，底层new String(value, 0, count) 并不会在字符串常量池中去创建"ab"对象。
两个new String相加会被优化为StringBuilder，可以通过javac和javap查看汇编指令如下：
javac InternTest.java
javap -c InternTest

public class com.justin.java.lang.InternTest {
  public com.justin.java.lang.InternTest();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: new           #2                  // class java/lang/StringBuilder
       3: dup
       4: invokespecial #3                  // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
       7: new           #4                  // class java/lang/String
      10: dup
      11: ldc           #5                  // String a
      13: invokespecial #6                  // Method java/lang/String."<init>":(Ljava/lang/String;)V
      16: invokevirtual #7                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
      19: new           #4                  // class java/lang/String
      22: dup
      23: ldc           #8                  // String b
      25: invokespecial #6                  // Method java/lang/String."<init>":(Ljava/lang/String;)V
      28: invokevirtual #7                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
      31: invokevirtual #9                  // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
      34: astore_1
      35: return
}

6、最难的无非就是再调用intern()方法，比如：
String s3= new String(“a”) + new String(“b”);
s3.intern();创建了几个对象？

答：最少4个，最多7个
1个new StringBuilder()和2个new String
还有1个是StringBuilder()的toString()方法底层实现是new String(value, 0, count)
另外"a"、“b"可能会在常量池新建对象
最后调用intern()方法时，会去字符串常量池，判断"ab"是否存在，不存在，JDK6时会创建"ab” 1个对象，JDK7则只创建"ab"的引用并指向堆区内容为"ab"的StringBuilder对象地址。