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JVM相关知识
String源码分析
Srtring在JVM层解析
String典型案例
String被设计成不可变和不能被继承的原因
JVM相关知识
下面这张图是JVM的体系结构图：
下面我们了解下Java栈、Java堆、方法区和常量池：
Java栈（线程私有数据区）：
每个Java虚拟机线程都有自己的Java虚拟机栈，Java虚拟机栈用来存放栈帧，每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。
Java堆（线程共享数据区）：
在虚拟机启动时创建，此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配。
方法区（线程共享数据区）：
方法区在虚拟机启动的时候被创建，它存储了每一个类的结构信息，例如运行时常量池、字段和方法数据、构造函数和普通方法的字节码内容、还包括在类、实例、接口初始化时用到的特殊方法。在JDK8之前永久代是方法区的一种实现，而JDK8元空间替代了永久代，永久代被移除，也可以理解为元空间是方法区的一种实现。
常量池（线程共享数据区）：
常量池常被分为两大类：静态常量池和运行时常量池。
静态常量池也就是Class文件中的常量池，存在于Class文件中。
运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分，存放一些运行时常量数据。
下面重点了解的是字符串常量池：
字符串常量池存在运行时常量池之中（在JDK7之前存在运行时常量池之中，在JDK7已经将其转移到堆中）。
字符串常量池的存在使JVM提高了性能和减少了内存开销。
使用字符串常量池，每当我们使用字面量（String s=”1”;）创建字符串常量时，JVM会首先检查字符串常量池，如果该字符串已经存在常量池中，那么就将此字符串对象的地址赋值给引用s（引用s在Java栈中）。如果字符串不存在常量池中，就会实例化该字符串并且将其放到常量池中，并将此字符串对象的地址赋值给引用s（引用s在Java栈中）。
使用字符串常量池，每当我们使用关键字new（String s=new String(”1”);）创建字符串常量时，JVM会首先检查字符串常量池，如果该字符串已经存在常量池中，那么不再在字符串常量池创建该字符串对象，而直接堆中复制该对象的副本，然后将堆中对象的地址赋值给引用s，如果字符串不存在常量池中，就会实例化该字符串并且将其放到常量池中，然后在堆中复制该对象的副本，然后将堆中对象的地址赋值给引用s。
String源码：
public final class String
implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence
{
/** The value is used for character storage. */
private final char value[];
/** The offset is the first index of the storage that is used. */
private final int offset;
/** The count is the number of characters in the String. */
private final int count;
/** Cache the hash code for the string */
private int hash; // Default to 0
/** use serialVersionUID from JDK 1.0.2 for interoperability */
private static final long serialVersionUID = -6849794470754667710L;
........
}首先我们来看看String类，String类是用final修饰的，这意味着String不能被继承，而且所有的成员方法都默认为final方法。
接下来看看String类实现的接口：
java.io.Serializable：这个序列化接口仅用于标识序列化的语意。
Comparable：这个compareTo(T 0)接口用于对两个实例化对象比较大小。
CharSequence：这个接口是一个只读的字符序列。包括length(), charAt(int index), subSequence(int start, int end)这几个API接口，值得一提的是，StringBuffer和StringBuild也是实现了改接口。
最后看看String的成员属性：
value[] ：char数组用于储存String的内容。
offset ：存储的第一个索引。
count ：字符串中的字符数。
hash ：String实例化的hashcode的一个缓存，String的哈希码被频繁使用，将其缓存起来，每次使用就没必要再次去计算，这也是一种性能优化的手段。这也是String被设计为不可变的原因之一，后面会讲到。
String在JVM层解析
创建字符串形式
1.String s1=”1”;
2.String s2=new String(“1”);
从图中可以看出，s1使用””引号（也是平时所说的字面量）创建字符串，在编译期的时候就对常量池进行判断是否存在该字符串，如果存在则不创建直接返回对象的引用；如果不存在，则先在常量池中创建该字符串实例再返回实例的引用给s1。注意：编译期的常量池是静态常量池，以后和会讲。。。。
再来看看s2，s2使用关键词new创建字符串，JVM会首先检查字符串常量池，如果该字符串已经存在常量池中，那么不再在字符串常量池创建该字符串对象，而直接堆中复制该对象的副本，然后将堆中对象的地址赋值给引用s2，如果字符串不存在常量池中，就会实例化该字符串并且将其放到常量池中，然后在堆中复制该对象的副本，然后将堆中对象的地址赋值给引用s2。注意：此时是运行期，那么字符串常量池是在运行时常量池中的。。。。
“+”连接形式创建字符串（更多可以查看API）：
（1）String s1=”1”+”2”+”3”;
使用包含常量的字符串连接创建是也是常量，编译期就能确定了，直接入字符串常量池，当然同样需要判断是否已经存在该字符串。（2）String s2=”1”+”3”+new String(“1”)+”4”;
当使用“+”连接字符串中含有变量时，也是在运行期才能确定的。首先连接操作最开始时如果都是字符串常量，编译后将尽可能多的字符串常量连接在一起，形成新的字符串常量参与后续的连接（可通过反编译工具jd-gui进行查看）。
接下来的字符串连接是从左向右依次进行，对于不同的字符串，首先以最左边的字符串为参数创建StringBuilder对象（可变字符串对象），然后依次对右边进行append操作，最后将StringBuilder对象通过toString()方法转换成String对象（注意：中间的多个字符串常量不会自动拼接）。
实际上的实现过程为：String s2=new StringBuilder(“13”).append(new String(“1”)).append(“4”).toString();
当使用+进行多个字符串连接时，实际上是产生了一个StringBuilder对象和一个String对象。
（3）String s3=new String(“1”)+new String(“1”);
String.intern()解析
String.intern()是一个Native方法，底层调用C++的 StringTable::intern 方法，源码注释：当调用 intern 方法时，如果常量池中已经该字符串，则返回池中的字符串；否则将此字符串添加到常量池中，并返回字符串的引用。
下面我们来看个案例：
public class StringTest {
public static void main(String[] args) {
// TODO 自动生成的方法存根
String s3 = new String("1") + new String("1");
System.out.println(s3 == s3.intern());
}
}JDK6的执行结果为：false
JDK7和JDK8的执行结果为：true
JDK6的内存模型如下：
我们都知道JDK6中的常量池是放在永久代的，永久代和Java堆是两个完全分开的区域。而存在变量使用“+”连接而来的的对象存在Java堆中，且并未将对象存于常量池中，当调用 intern 方法时，如果常量池中已经该字符串，则返回池中的字符串；否则将此字符串添加到常量池中，并返回字符串的引用。所以结果为false。JDK7JDK8的内存模型如下：
JDK7中，字符串常量池已经被转移至Java堆中，开发人员也对intern 方法做了一些修改。因为字符串常量池和new的对象都存于Java堆中，为了优化性能和减少内存开销，当调用 intern 方法时，如果常量池中已经存在该字符串，则返回池中字符串；否则直接存储堆中的引用，也就是字符串常量池中存储的是指向堆里的对象。所以结果为true。
String典型案例
关于equals和== ：
（1）对于==，如果作用于基本数据类型的变量（byte,short,char,int,long,float,double,boolean ），则直接比较其存储的"值"是否相等；如果作用于引用类型的变量（String），则比较的是所指向的对象的地址（即是否指向同一个对象）。
（2）equals方法是基类Object中的方法，因此对于所有的继承于Object的类都会有该方法。在Object类中，equals方法是用来比较两个对象的引用是否相等。
（3）对于equals方法，注意：equals方法不能作用于基本数据类型的变量。如果没有对equals方法进行重写，则比较的是引用类型的变量所指向的对象的地址；而String类对equals方法进行了重写，用来比较指向的字符串对象所存储的字符串是否相等。其他的一些类诸如Double，Date，Integer等，都对equals方法进行了重写用来比较指向的对象所存储的内容是否相等。
public class StringTest {
public static void main(String[] args) {
// TODO 自动生成的方法存根
/**
* 情景一：字符串池
* JAVA虚拟机(JVM)中存在着一个字符串池，其中保存着很多String对象;
* 并且可以被共享使用，因此它提高了效率。
* 由于String类是final的，它的值一经创建就不可改变。
* 字符串池由String类维护，我们可以调用intern()方法来访问字符串池。
*/
String s1 = "abc";
//↑ 在字符串池创建了一个对象
String s2 = "abc";
//↑ 字符串pool已经存在对象“abc”(共享),所以创建0个对象，累计创建一个对象
System.out.println("s1 == s2 : "+(s1==s2));
//↑ true 指向同一个对象，
System.out.println("s1.equals(s2) : " + (s1.equals(s2)));
//↑ true 值相等
//↑------------------------------------------------------over
/**
* 情景二：关于new String("")
*
*/
String s3 = new String("abc");
//↑ 创建了两个对象，一个存放在字符串池中，一个存在与堆区中；
//↑ 还有一个对象引用s3存放在栈中
String s4 = new String("abc");
//↑ 字符串池中已经存在“abc”对象，所以只在堆中创建了一个对象
System.out.println("s3 == s4 : "+(s3==s4));
//↑false s3和s4栈区的地址不同，指向堆区的不同地址；
System.out.println("s3.equals(s4) : "+(s3.equals(s4)));
//↑true s3和s4的值相同
System.out.println("s1 == s3 : "+(s1==s3));
//↑false 存放的地区多不同，一个栈区，一个堆区
System.out.println("s1.equals(s3) : "+(s1.equals(s3)));
//↑true 值相同
//↑------------------------------------------------------over
/**
* 情景三：
* 由于常量的值在编译的时候就被确定(优化)了。
* 在这里，"ab"和"cd"都是常量，因此变量str3的值在编译时就可以确定。
* 这行代码编译后的效果等同于： String str3 = "abcd";
*/
String str1 = "ab" + "cd"; //1个对象
String str11 = "abcd";
System.out.println("str1 = str11 : "+ (str1 == str11));
//↑------------------------------------------------------over
/**
* 情景四：
* 局部变量str2,str3存储的是存储两个拘留字符串对象(intern字符串对象)的地址。
*
* 第三行代码原理(str2+str3)：
* 运行期JVM首先会在堆中创建一个StringBuilder类，
* 同时用str2指向的拘留字符串对象完成初始化，
* 然后调用append方法完成对str3所指向的拘留字符串的合并，
* 接着调用StringBuilder的toString()方法在堆中创建一个String对象，
* 最后将刚生成的String对象的堆地址存放在局部变量str4中。
*
* 而str5存储的是字符串池中"abcd"所对应的拘留字符串对象的地址。
* str4与str5地址当然不一样了。
*
* 内存中实际上有五个字符串对象：
* 三个拘留字符串对象、一个String对象和一个StringBuilder对象。
*/
String str2 = "ab"; //1个对象
String str3 = "cd"; //1个对象
String str4 = str2+str3;
String str5 = "abcd";
System.out.println("str4 = str5 : " + (str4==str5)); // false
//↑------------------------------------------------------over
/**
* 情景五：
* JAVA编译器对string + 基本类型/常量 是当成常量表达式直接求值来优化的。
* 运行期的两个string相加，会产生新的对象的，存储在堆(heap)中
*/
String str6 = "b";
String str7 = "a" + str6;
String str67 = "ab";
System.out.println("str7 = str67 : "+ (str7 == str67));
//↑str6为变量，在运行期才会被解析。
final String str8 = "b";
String str9 = "a" + str8;
String str89 = "ab";
System.out.println("str9 = str89 : "+ (str9 == str89));
//↑str8为常量变量，编译期会被优化
//↑------------------------------------------------------over
}运行结果：
s1 == s2 : true
s1.equals(s2) : true
s3 == s4 : false
s3.equals(s4) : true
s1 == s3 : false
s1.equals(s3) : true
str1 = str11 : true
str4 = str5 : false
str7 = str67 : false
str9 = str89 : true
String被设计成不可变和不能被继承的原因
String是不可变和不能被继承的（final修饰），这样设计的原因主要是为了设计考虑、效率和安全性。
字符串常量池的需要：
只有当字符串是不可变的，字符串池才有可能实现。字符串池的实现可以在运行时节约很多heap空间，因为不同的字符串变量都指向池中的同一个字符串。假若字符串对象允许改变,那么将会导致各种逻辑错误,比如改变一个对象会影响到另一个独立对象. 严格来说，这种常量池的思想,是一种优化手段。
String对象缓存HashCode：
上面解析String类的源码的时候已经提到了HashCode。Java中的String对象的哈希码被频繁地使用，字符串的不可变性保证了hash码的唯一性。
安全性
首先String被许多Java类用来当参数，如果字符串可变，那么会引起各种严重错误和安全漏洞。
再者String作为核心类，很多的内部方法的实现都是本地调用的，即调用操作系统本地API，其和操作系统交流频繁，假如这个类被继承重写的话，难免会是操作系统造成巨大的隐患。
最后字符串的不可变性使得同一字符串实例被多个线程共享，所以保障了多线程的安全性。而且类加载器要用到字符串，不可变性提供了安全性，以便正确的类被加载。
