前言
String字串在Java應用中使用非常頻繁，只有理解了它在虛擬機器中的實現機制，才能寫出健壯的應用，本文使用的JDK版本為1.8.0_3。
常量池
Java程式碼被編譯成class檔案時，會生成一個常量池（Constant pool）的資料結構，用以儲存字面常量和符號引用（類名、方法名、介面名和欄位名等）。
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package com.ctrip.ttd.whywhy; public class Test { public static void main(String[] args) { String test = "test"; } } |
很簡單的一段程式碼，通過命令 javap -verbose 檢視class檔案中 Constant pool 實現：
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Constant pool: #1 = Methodref #4.#13 // java/lang/Object."<init>":()V #2 = String #14 // test #3 = Class #15 // com/ctrip/ttd/whywhy/test #4 = Class #16 // java/lang/Object #5 = Utf8 <init> #6 = Utf8 ()V #7 = Utf8 Code #8 = Utf8 LineNumberTable #9 = Utf8 main #10 = Utf8 ([Ljava/lang/String;)V #11 = Utf8 SourceFile #12 = Utf8 test.java #13 = NameAndType #5:#6 // "<init>":()V #14 = Utf8 test #15 = Utf8 com/ctrip/ttd/whywhy/test #16 = Utf8 java/lang/Object |
通過反編譯出來的位元組碼可以看出字串 “test” 在常量池中的定義方式：
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#2 = String #14 // test #14 = Utf8 test |
在main方法位元組碼指令中，0 ~ 2行對應程式碼 String test = "test"; 由兩部分組成：ldc #2 和 astore_1。
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// main方法位元組碼指令 public static void main(java.lang.String[]); Code: 0: ldc #2 // String test 2: astore_1 3: return |
1、Test類載入到虛擬機器時，”test”字串在Constant pool中使用符號引用symbol表示，當呼叫 ldc #2 指令時，如果Constant pool中索引 #2 的symbol還未解析，則呼叫C++底層的 StringTable::intern 方法生成char陣列，並將引用儲存在StringTable和常量池中，當下次呼叫 ldc #2 時，可以直接從Constant pool根據索引 #2獲取 “test” 字串的引用，避免再次到StringTable中查詢。
2、astore_1指令將”test”字串的引用儲存在區域性變數表中。
常量池的記憶體分配 在 JDK6、7、8中有不同的實現：
1、JDK6及之前版本中，常量池的記憶體在永久代PermGen進行分配，所以常量池會受到PermGen記憶體大小的限制。
2、JDK7中，常量池的記憶體在Java堆上進行分配，意味著常量池不受固定大小的限制了。
3、JDK8中，虛擬機器團隊移除了永久代PermGen。
字串初始化
字串可以通過兩種方式進行初始化：字面常量和String物件。
字面常量
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public class StringTest { public static void main(String[] args) { String a = "java"; String b = "java"; String c = "ja" + "va"; } } |
通過 “javap -c” 命令檢視位元組碼指令實現：
其中ldc指令將int、float和String型別的常量值從常量池中推送到棧頂，所以a和b都指向常量池的”java”字串。通過指令實現可以發現：變數a、b和c都指向常量池的 “java” 字串，表示式 “ja” + “va” 在編譯期間會把結果值”java”直接賦值給c。
String物件
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public class StringTest { public static void main(String[] args) { String a = "java"; String c = new String("java"); } } |
這種情況下，a == c 成立麼？位元組碼實現如下：
其中3 ~ 9行指令對應程式碼 String c = new String("java"); 實現：
1、第3行new指令，在Java堆上為String物件申請記憶體；
2、第7行ldc指令，嘗試從常量池中獲取”java”字串，如果常量池中不存在，則在常量池中新建”java”字串，並返回；
3、第9行invokespecial指令，呼叫構造方法，初始化String物件。
其中String物件中使用char陣列儲存字串，變數a指向常量池的”java”字串，變數c指向Java堆的String物件，且該物件的char陣列指向常量池的”java”字串，所以很顯然 a != c，如下圖所示：
通過 “字面量 + String物件” 進行賦值會發生什麼？
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public class StringTest { public static void main(String[] args) { String a = "hello "; String b = "world"; String c = a + b; String d = "hello world"; } } |
這種情況下，c == d成立麼？位元組碼實現如下：
其中6 ~ 21行指令對應程式碼 String c = a + b; 實現：
1、第6行new指令，在Java堆上為StringBuilder物件申請記憶體；
2、第10行invokespecial指令，呼叫構造方法，初始化StringBuilder物件；
3、第14、18行invokespecial指令，呼叫append方法，新增a和b字串；
4、第21行invokespecial指令，呼叫toString方法，生成String物件。
通過指令實現可以發現，字串變數的連線動作，在編譯階段會被轉化成StringBuilder的append操作，變數c最終指向Java堆上新建String物件，變數d指向常量池的”hello world”字串，所以 c != d。
不過有種特殊情況，當final修飾的變數發生連線動作時，虛擬機器會進行優化，將表示式結果直接賦值給目標變數：
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public class StringTest { public static void main(String[] args) { final String a = "hello "; final String b = "world"; String c = a + b; String d = "hello world"; } } |
指令實現如下：
END。
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