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String直接赋值与通过new创建的区别

Java技术 winrains 来源: YSOcean 1年前 (2019-09-19) 44次浏览

在前面讲解构造函数的时候,我们知道最常见的两种声明一个字符串对象的形式有两种:
①、通过“字面量”的形式直接赋值

String str = "hello";

②、通过 new 关键字调用构造函数创建对象

String str = new String("hello");

那么这两种声明方式有什么区别呢?在讲解之前,我们先介绍 JDK1.7(不包括1.7)以前的 JVM 的内存分布:
http://image.winrains.cn/2019/09/73f5b-1120165-20180321102257650-212450093.png
①、程序计数器:也称为 PC 寄存器,保存的是程序当前执行的指令的地址(也可以说保存下一条指令的所在存储单元的地址),当CPU需要执行指令时,需要从程序计数器中得到当前需要执行的指令所在存储单元的地址,然后根据得到的地址获取到指令,在得到指令之后,程序计数器便自动加1或者根据转移指针得到下一条指令的地址,如此循环,直至执行完所有的指令。线程私有
②、虚拟机栈:基本数据类型、对象的引用都存放在这。线程私有
③、本地方法栈:虚拟机栈是为执行Java方法服务的,而本地方法栈则是为执行本地方法(Native Method)服务的。在JVM规范中,并没有对本地方法栈的具体实现方法以及数据结构作强制规定,虚拟机可以自由实现它。在HotSopt虚拟机中直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。
④、方法区:存储了每个类的信息(包括类的名称、方法信息、字段信息)、静态变量、常量以及编译器编译后的代码等。注意:在Class文件中除了类的字段、方法、接口等描述信息外,还有一项信息是常量池,用来存储编译期间生成的字面量和符号引用。
⑤、堆:用来存储对象本身的以及数组(当然,数组引用是存放在Java栈中的)。
在 JDK1.7 以后,方法区的常量池被移除放到堆中了,如下:
http://image.winrains.cn/2019/09/8f729-1120165-20180321102316512-713026536.png
常量池:Java运行时会维护一个String Pool(String池), 也叫“字符串缓冲区”。String池用来存放运行时中产生的各种字符串,并且池中的字符串的内容不重复。
  ①、字面量创建字符串或者纯字符串(常量)拼接字符串会先在字符串池中找,看是否有相等的对象,没有的话就在字符串池创建该对象;有的话则直接用池中的引用,避免重复创建对象。
  ②、new关键字创建时,直接在堆中创建一个新对象,变量所引用的都是这个新对象的地址,但是如果通过new关键字创建的字符串内容在常量池中存在了,那么会由堆在指向常量池的对应字符;但是反过来,如果通过new关键字创建的字符串对象在常量池中没有,那么通过new关键词创建的字符串对象是不会额外在常量池中维护的。
  ③、使用包含变量表达式来创建String对象,则不仅会检查维护字符串池,还会在堆区创建这个对象,最后是指向堆内存的对象。

String str1 = "hello";
String str2 = "hello";
String str3 = new String("hello");
System.out.println(str1==str2);//true
System.out.println(str1==str3);//fasle
System.out.println(str2==str3);//fasle
System.out.println(str1.equals(str2));//true
System.out.println(str1.equals(str3));//true
System.out.println(str2.equals(str3));//true

对于上面的情况,首先 String str1 = "hello",会先到常量池中检查是否有“hello”的存在,发现是没有的,于是在常量池中创建“hello”对象,并将常量池中的引用赋值给str1;第二个字面量 String str2 = "hello",在常量池中检测到该对象了,直接将引用赋值给str2;第三个是通过new关键字创建的对象,常量池中有了该对象了,不用在常量池中创建,然后在堆中创建该对象后,将堆中对象的引用赋值给str3,再将该对象指向常量池。如下图所示:
http://image.winrains.cn/2019/09/eb92e-1120165-20190615234817441-1307711026.png
注意:看上图红色的箭头,通过 new 关键字创建的字符串对象,如果常量池中存在了,会将堆中创建的对象指向常量池的引用。我们可以通过文章末尾介绍的intern()方法来验证。
使用包含变量表达式创建对象:

String str1 = "hello";
String str2 = "helloworld";
String str3 = str1+"world";//编译器不能确定为常量(会在堆区创建一个String对象)
String str4 = "hello"+"world";//编译器确定为常量,直接到常量池中引用
System.out.println(str2==str3);//fasle
System.out.println(str2==str4);//true
System.out.println(str3==str4);//fasle

str3 由于含有变量str1,编译器不能确定是常量,会在堆区中创建一个String对象。而str4是两个常量相加,直接引用常量池中的对象即可。
http://image.winrains.cn/2019/09/6aa87-1120165-20190615234833062-287021429.png

  前面我们介绍了,String 类是用 final 关键字修饰的,所以我们认为其是不可变对象。但是真的不可变吗?
每个字符串都是由许多单个字符组成的,我们知道其源码是由 char[] value 字符数组构成。
public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    /** The value is used for character storage. */
    private final char value[];
    /** Cache the hash code for the string */
    private int hash; // Default to 0

valuefinal 修饰,只能保证引用不被改变,但是 value 所指向的堆中的数组,才是真实的数据,只要能够操作堆中的数组,依旧能改变数据。而且 value 是基本类型构成,那么一定是可变的,即使被声明为 private,我们也可以通过反射来改变。

String str = "vae";
//打印原字符串
System.out.println(str);//vae
//获取String类中的value字段
Field fieldStr = String.class.getDeclaredField("value");
//因为value是private声明的,这里修改其访问权限
fieldStr.setAccessible(true);
//获取str对象上的value属性的值
char[] value = (char[]) fieldStr.get(str);
//将第一个字符修改为 V(小写改大写)
value[0] = 'V';
//打印修改之后的字符串
System.out.println(str);//Vae

通过前后两次打印的结果,我们可以看到 String 被改变了,但是在代码里,几乎不会使用反射的机制去操作 String 字符串,所以,我们会认为 String 类型是不可变的。
  那么,String 类为什么要这样设计成不可变呢?我们可以从性能以及安全方面来考虑:

  • 安全
    • 引发安全问题,譬如,数据库的用户名、密码都是以字符串的形式传入来获得数据库的连接,或者在socket编程中,主机名和端口都是以字符串的形式传入。因为字符串是不可变的,所以它的值是不可改变的,否则黑客们可以钻到空子,改变字符串指向的对象的值,造成安全漏洞。
    • 保证线程安全,在并发场景下,多个线程同时读写资源时,会引竞态条件,由于 String 是不可变的,不会引发线程的问题而保证了线程。
    • HashCode,当 String 被创建出来的时候,hashcode也会随之被缓存,hashcode的计算与value有关,若 String 可变,那么 hashcode 也会随之变化,针对于 Map、Set 等容器,他们的键值需要保证唯一性和一致性,因此,String 的不可变性使其比其他对象更适合当容器的键值。
  • 性能
    • 当字符串是不可变时,字符串常量池才有意义。字符串常量池的出现,可以减少创建相同字面量的字符串,让不同的引用指向池中同一个字符串,为运行时节约很多的堆内存。若字符串可变,字符串常量池失去意义,基于常量池的String.intern()方法也失效,每次创建新的 String 将在堆内开辟出新的空间,占据更多的内存。

作者: YSOcean

来源:https://www.cnblogs.com/ysocean/p/8571426.html


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