深入淺析Java中的String類(lèi)-創(chuàng)新互聯(lián)

這期內(nèi)容當(dāng)中小編將會(huì)給大家?guī)?lái)有關(guān)深入淺析Java中的String類(lèi)，文章內(nèi)容豐富且以專(zhuān)業(yè)的角度為大家分析和敘述，閱讀完這篇文章希望大家可以有所收獲。

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引題

在Java語(yǔ)言的所有數(shù)據(jù)類(lèi)型中，String類(lèi)型是比較特殊的一種類(lèi)型，同時(shí)也是面試的時(shí)候經(jīng)常被問(wèn)到的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，本文結(jié)合Java內(nèi)存分配深度分析關(guān)于String的許多令人迷惑的問(wèn)題。下面是本文將要涉及到的一些問(wèn)題，如果讀者對(duì)這些問(wèn)題都了如指掌，則可忽略此文。

    1、Java內(nèi)存具體指哪塊內(nèi)存？這塊內(nèi)存區(qū)域?yàn)槭裁匆M(jìn)行劃分？是如何劃分的？劃分之后每塊區(qū)域的作用是什么？如何設(shè)置各個(gè)區(qū)域的大?。?/p>

    2、String類(lèi)型在執(zhí)行連接操作時(shí)，效率為什么會(huì)比StringBuffer或者StringBuilder低？StringBuffer和StringBuilder有什么聯(lián)系和區(qū)別？

    3、Java中常量是指什么？String s = "s" 和 String s = new String("s") 有什么不一樣？

    本文經(jīng)多方資料的收集整理和歸納，最終撰寫(xiě)成文，如果有錯(cuò)誤之處，請(qǐng)多多指教！

Java內(nèi)存分配

    1、JVM簡(jiǎn)介

      Java虛擬機(jī)（Java Virtual Machine 簡(jiǎn)稱(chēng)JVM）是運(yùn)行所有Java程序的抽象計(jì)算機(jī)，是Java語(yǔ)言的運(yùn)行環(huán)境，它是Java 最具吸引力的特性之一。Java虛擬機(jī)有自己完善的硬體架構(gòu)，如處理器、堆棧、寄存器等，還具有相應(yīng)的指令系統(tǒng)。JVM屏蔽了與具體操作系統(tǒng)平臺(tái)相關(guān)的信息，使得Java程序只需生成在Java虛擬機(jī)上運(yùn)行的目標(biāo)代碼（字節(jié)碼），就可以在多種平臺(tái)上不加修改地運(yùn)行。

            一個(gè)運(yùn)行時(shí)的Java虛擬機(jī)實(shí)例的天職是：負(fù)責(zé)運(yùn)行一個(gè)java程序。當(dāng)啟動(dòng)一個(gè)Java程序時(shí)，一個(gè)虛擬機(jī)實(shí)例也就誕生了。當(dāng)該程序關(guān)閉退出，這個(gè)虛擬機(jī)實(shí)例也就隨之消亡。如果同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上同時(shí)運(yùn)行三個(gè)Java程序，將得到三個(gè)Java虛擬機(jī)實(shí)例。每個(gè)Java程序都運(yùn)行于它自己的Java虛擬機(jī)實(shí)例中。

        如下圖所示，JVM的體系結(jié)構(gòu)包含幾個(gè)主要的子系統(tǒng)和內(nèi)存區(qū)：

             垃圾回收器（Garbage Collection）：負(fù)責(zé)回收堆內(nèi)存（Heap）中沒(méi)有被使用的對(duì)象，即這些對(duì)象已經(jīng)沒(méi)有被引用了。

             類(lèi)裝載子系統(tǒng)（Classloader Sub-System）：除了要定位和導(dǎo)入二進(jìn)制class文件外，還必須負(fù)責(zé)驗(yàn)證被導(dǎo)入類(lèi)的正確性，為類(lèi)變量分配并初始化內(nèi)存，以及幫助解析符號(hào)引用。

             執(zhí)行引擎（Execution Engine）：負(fù)責(zé)執(zhí)行那些包含在被裝載類(lèi)的方法中的指令。

             運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)（Java Memory Allocation Area）：又叫虛擬機(jī)內(nèi)存或者Java內(nèi)存，虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)需要從整個(gè)計(jì)算機(jī)內(nèi)存劃分一塊內(nèi)存區(qū)域存儲(chǔ)許多東西。例如：字節(jié)碼、從已裝載的class文件中得到的其他信息、程序創(chuàng)建的對(duì)象、傳遞給方法的參數(shù)，返回值、局部變量等等。

    2、Java內(nèi)存分區(qū)

      從上節(jié)知道，運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)即是java內(nèi)存，而且數(shù)據(jù)區(qū)要存儲(chǔ)的東西比較多，如果不對(duì)這塊內(nèi)存區(qū)域進(jìn)行劃分管理，會(huì)顯得比較雜亂無(wú)章。程序喜歡有規(guī)律的東西，最討厭雜亂無(wú)章的東西。 根據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的不同，java內(nèi)存通常被劃分為5個(gè)區(qū)域：程序計(jì)數(shù)器（Program Count Register）、本地方法棧（Native Stack）、方法區(qū)（Methon Area）、棧（Stack）、堆（Heap）。

      程序計(jì)數(shù)器（Program Count Register）：又叫程序寄存器。JVM支持多個(gè)線(xiàn)程同時(shí)運(yùn)行，當(dāng)每一個(gè)新線(xiàn)程被創(chuàng)建時(shí)，它都將得到它自己的PC寄存器（程序計(jì)數(shù)器）。如果線(xiàn)程正在執(zhí)行的是一個(gè)Java方法（非native），那么PC寄存器的值將總是指向下一條將被執(zhí)行的指令，如果方法是 native的，程序計(jì)數(shù)器寄存器的值不會(huì)被定義。 JVM的程序計(jì)數(shù)器寄存器的寬度足夠保證可以持有一個(gè)返回地址或者native的指針。            

     棧（Stack）：又叫堆棧。JVM為每個(gè)新創(chuàng)建的線(xiàn)程都分配一個(gè)棧。也就是說(shuō),對(duì)于一個(gè)Java程序來(lái)說(shuō)，它的運(yùn)行就是通過(guò)對(duì)棧的操作來(lái)完成的。棧以幀為單位保存線(xiàn)程的狀態(tài)。JVM對(duì)棧只進(jìn)行兩種操作：以幀為單位的壓棧和出棧操作。我們知道,某個(gè)線(xiàn)程正在執(zhí)行的方法稱(chēng)為此線(xiàn)程的當(dāng)前方法。我們可能不知道，當(dāng)前方法使用的幀稱(chēng)為當(dāng)前幀。當(dāng)線(xiàn)程激活一個(gè)Java方法，JVM就會(huì)在線(xiàn)程的 Java堆棧里新壓入一個(gè)幀，這個(gè)幀自然成為了當(dāng)前幀。在此方法執(zhí)行期間，這個(gè)幀將用來(lái)保存參數(shù)、局部變量、中間計(jì)算過(guò)程和其他數(shù)據(jù)。從Java的這種分配機(jī)制來(lái)看,堆棧又可以這樣理解：棧(Stack)是操作系統(tǒng)在建立某個(gè)進(jìn)程時(shí)或者線(xiàn)程(在支持多線(xiàn)程的操作系統(tǒng)中是線(xiàn)程)為這個(gè)線(xiàn)程建立的存儲(chǔ)區(qū)域，該區(qū)域具有先進(jìn)后出的特性。其相關(guān)設(shè)置參數(shù)：

• -Xss --設(shè)置方法棧的大值

          本地方法棧（Native Stack）：存儲(chǔ)本地方方法的調(diào)用狀態(tài)。 

          方法區(qū)（Method Area）：當(dāng)虛擬機(jī)裝載一個(gè)class文件時(shí)，它會(huì)從這個(gè)class文件包含的二進(jìn)制數(shù)據(jù)中解析類(lèi)型信息，然后把這些類(lèi)型信息（包括類(lèi)信息、常量、靜態(tài)變量等）放到方法區(qū)中，該內(nèi)存區(qū)域被所有線(xiàn)程共享，如下圖所示。本地方法區(qū)存在一塊特殊的內(nèi)存區(qū)域，叫常量池（Constant Pool），這塊內(nèi)存將與String類(lèi)型的分析密切相關(guān)。

          堆（Heap）：Java堆（Java Heap）是Java虛擬機(jī)所管理的內(nèi)存中大的一塊。Java堆是被所有線(xiàn)程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域。在此區(qū)域的唯一目的就是存放對(duì)象實(shí)例，幾乎所有的對(duì)象實(shí)例都是在這里分配內(nèi)存，但是這個(gè)對(duì)象的引用卻是在棧（Stack）中分配。因此，執(zhí)行String s = new String("s")時(shí)，需要從兩個(gè)地方分配內(nèi)存：在堆中為String對(duì)象分配內(nèi)存，
在棧中為引用（這個(gè)堆對(duì)象的內(nèi)存地址，即指針）分配內(nèi)存，如下圖所示。

            JAVA虛擬機(jī)有一條在堆中分配新對(duì)象的指令，卻沒(méi)有釋放內(nèi)存的指令，正如你無(wú)法用Java代碼區(qū)明確釋放一個(gè)對(duì)象一樣。虛擬機(jī)自己負(fù)責(zé)決定如何以及何時(shí)釋放不再被運(yùn)行的程序引用的對(duì)象所占據(jù)的內(nèi)存，通常，虛擬機(jī)把這個(gè)任務(wù)交給垃圾收集器（Garbage Collection）。其相關(guān)設(shè)置參數(shù)：

• -Xms -- 設(shè)置堆內(nèi)存初始大小

• -Xmx -- 設(shè)置堆內(nèi)存大值

• -XX:MaxTenuringThreshold -- 設(shè)置對(duì)象在新生代中存活的次數(shù)

• -XX:PretenureSizeThreshold -- 設(shè)置超過(guò)指定大小的大對(duì)象直接分配在舊生代中

        Java堆是垃圾收集器管理的主要區(qū)域，因此又稱(chēng)為“GC 堆”（Garbage Collectioned Heap）。現(xiàn)在的垃圾收集器基本都是采用的分代收集算法，所以Java堆還可以細(xì)分為：新生代（Young Generation）和老年代（Old Generation），如下圖所示。分代收集算法的思想：第一種說(shuō)法，用較高的頻率對(duì)年輕的對(duì)象(young generation)進(jìn)行掃描和回收，這種叫做minor collection，而對(duì)老對(duì)象(old generation)的檢查回收頻率要低很多，稱(chēng)為major collection。這樣就不需要每次GC都將內(nèi)存中所有對(duì)象都檢查一遍，以便讓出更多的系統(tǒng)資源供應(yīng)用系統(tǒng)使用；另一種說(shuō)法，在分配對(duì)象遇到內(nèi)存不足時(shí)，先對(duì)新生代進(jìn)行GC（Young GC）；當(dāng)新生代GC之后仍無(wú)法滿(mǎn)足內(nèi)存空間分配需求時(shí)， 才會(huì)對(duì)整個(gè)堆空間以及方法區(qū)進(jìn)行GC（Full GC）。

        在這里可能會(huì)有讀者表示疑問(wèn)：記得還有一個(gè)什么永久代（Permanent Generation）的啊，難道它不屬于Java堆？親，你答對(duì)了！其實(shí)傳說(shuō)中的永久代就是上面所說(shuō)的方法區(qū)，存放的都是jvm初始化時(shí)加載器加載的一些類(lèi)型信息（包括類(lèi)信息、常量、靜態(tài)變量等），這些信息的生存周期比較長(zhǎng)，GC不會(huì)在主程序運(yùn)行期對(duì)PermGen Space進(jìn)行清理，所以如果你的應(yīng)用中有很多CLASS的話(huà),就很可能出現(xiàn)PermGen Space錯(cuò)誤。其相關(guān)設(shè)置參數(shù)：

• -XX:PermSize --設(shè)置Perm區(qū)的初始大小

• -XX:MaxPermSize --設(shè)置Perm區(qū)的大值

         新生代（Young Generation）又分為：Eden區(qū)和Survivor區(qū)，Survivor區(qū)有分為From Space和To Space。Eden區(qū)是對(duì)象最初分配到的地方；默認(rèn)情況下，F(xiàn)rom Space和To Space的區(qū)域大小相等。JVM進(jìn)行Minor GC時(shí)，將Eden中還存活的對(duì)象拷貝到Survivor區(qū)中，還會(huì)將Survivor區(qū)中還存活的對(duì)象拷貝到Tenured區(qū)中。在這種GC模式下，JVM為了提升GC效率， 將Survivor區(qū)分為From Space和To Space，這樣就可以將對(duì)象回收和對(duì)象晉升分離開(kāi)來(lái)。新生代的大小設(shè)置有2個(gè)相關(guān)參數(shù)：

• -Xmn -- 設(shè)置新生代內(nèi)存大小。

• -XX:SurvivorRatio -- 設(shè)置Eden與Survivor空間的大小比例

            老年代（Old Generation）： 當(dāng) OLD 區(qū)空間不夠時(shí)， JVM 會(huì)在 OLD 區(qū)進(jìn)行 major collection ；完全垃圾收集后，若Survivor及OLD區(qū)仍然無(wú)法存放從Eden復(fù)制過(guò)來(lái)的部分對(duì)象，導(dǎo)致JVM無(wú)法在Eden區(qū)為新對(duì)象創(chuàng)建內(nèi)存區(qū)域，則出現(xiàn)"Out of memory錯(cuò)誤"  。

三、String類(lèi)型的深度解析

    讓我們從Java數(shù)據(jù)類(lèi)型開(kāi)始說(shuō)起吧！Java數(shù)據(jù)類(lèi)型通常（分類(lèi)方法多種多樣）從整體上可以分為兩大類(lèi)：基礎(chǔ)類(lèi)型和引用類(lèi)型，基礎(chǔ)類(lèi)型的變量持有原始值，引用類(lèi)型的變量通常表示的是對(duì)實(shí)際對(duì)象的引用，其值通常為對(duì)象的內(nèi)存地址。     

    1、String的本質(zhì)

           打開(kāi)String的源碼，類(lèi)注釋中有這么一段話(huà)“Strings are constant; their values cannot be changed after they are created. String buffers support mutable strings.Because String objects are immutable they can be shared.”。這句話(huà)總結(jié)歸納了String的一個(gè)最重要的特點(diǎn)：String是值不可變(immutable)的常量，是線(xiàn)程安全的(can be shared)。

       接下來(lái)，String類(lèi)使用了final修飾符，表明了String類(lèi)的第二個(gè)特點(diǎn)：String類(lèi)是不可繼承的。

       下面是String類(lèi)的成員變量定義，從類(lèi)的實(shí)現(xiàn)上闡明了String值是不可變的(immutable)。   

 private final char value[];
  private final int count;

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當(dāng)前路徑：http://muchs.cn/article10/dpdggo.html

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