前言

String 是我們使用最頻繁的物件，使用不當會對記憶體、程式的性能造成影響，本篇文章全面介紹一下 Java 的 String 是如何演進的，以及使用 String 的注意事項，

下面的輸出結果是什么？

@Test
public void testString() {
    String str1 = "abc";
    String str2 = new String("abc");
    String str3 = str2.intern();
    System.out.println(str1 == str2);
    System.out.println(str2 == str3);
    System.out.println(str1 == str3);
}

這段代碼涉及了 Java 字串的記憶體分配、新建物件和參考等方面的知識，輸出結果是：

false
false
true

String 物件的實作方式

String 物件的實作方式，在 Java 6、Java 7/8、Java 9 中都有很大的區別，下面是一張簡要的對比圖：

Java 6 的實作方式

String 對 char 陣列進行了封裝，主要有四個成員變數：

char 陣列
偏移量 offset
字符數量 count
哈希值 hash

String 物件可以通過 offset 和 count 在 char[] 陣列中獲取對應的字串，這樣做可以高效、快速地共享陣列物件，節省記憶體空間，但是這種方法經常導致記憶體泄漏，

這是因為，假如有一個非常大的字串陣列物件 a，后來有一個小的字串參考僅參考其中很少的字符 b，那么會新建大的陣列 char[]，當 a 被釋放后，char[] 的參考并不能被 GC，因為 b 還在參考，

Java 7/8 的實作方式

String 類去掉了 offset 和 count，String.substring 方法也不再共享char[]，從而解決了記憶體泄漏問題，

Java 9 的實作方式

char[] → byte[]，同時新增了coder屬性，標識字符編碼，這是因為 char 字符占 16 位（2個位元組），如果僅存盤單位元組編碼的字符就非常浪費空間，

coder 屬性的作用是標識字串是否為 Latin-1（單位元組編碼），0 標識是 Latin-1，1 代表是 UTF-16，

Java 11 中的 java.lang.String#substring(int, int) 方法如下：

public String substring(int beginIndex, int endIndex) {
    int length = length();
    checkBoundsBeginEnd(beginIndex, endIndex, length);
    int subLen = endIndex - beginIndex;
    if (beginIndex == 0 && endIndex == length) {
        return this;
    }
    return isLatin1() ? StringLatin1.newString(value, beginIndex, subLen)
                        : StringUTF16.newString(value, beginIndex, subLen);
}

String 在 JVM 中是如何存盤的？

這是一個很重要的問題，相信大部分人都不能描述清楚，因為 JVM 的實作改了很多版……

在 JDK 1.7 之前，運行時常量池邏輯包含字串常量池，都存在方法區中，方法區在 HotSpot 虛擬機的實作為永久代，

在 JDK 1.7 中，字串常量池 → 堆，運行時常量池仍然在方法區中，

在 JDK 1.8 中，HotSpot 移除了永久代，使用元空間（Metaspace）代替，這時候字串常量池在堆中，運行時常量池在元空間（Metaspace），

永久代 VS 元空間（Metaspace）

元空間的本質和永久代類似，都是對 JVM 規范中方法區的實作，不過元空間與永久代之間最大的區別在于：元空間并不在虛擬機中，而是使用本地記憶體，

一句話總結

在新版 JDK 實作（畢竟 Java 8 都已經是老古董，Java 15 都發布了）中，字串常量池是在堆中，

使用 String.intern 節省記憶體

雖然我還沒有在專案中實際應用過，不過這個函式應該還挺有用的，能夠復用 Java 中的字串常量，文章開頭的代碼中，System.out.println(str1 == str3); 回傳 true，就是因為 java.lang.String#intern 方法檢測到字串常量池有這個物件時，能夠直接復用字串常量池的物件，不會額外創建字串常量，

String str1 = "abc";
String str2 = new String("abc");

注意上面的代碼中，new String("abc") 里面的字串 abc 與 str1 的 abc 不同，是在字串常量池新創建的 abc，

String.intern 的代碼注釋如下，

/**
    * 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.
    * @jls 3.10.5 String Literals
    */
public native String intern();