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引言
在Java開發中不管是前后端交互的JSON串，還是數據庫中的數據存儲，我們常常需要使用到String類型的字符串。作為最常用也是最基礎的引用數據類型，JVM為String提供了字符串常量池來提高性能，本篇文章我們一起從底層JVM中認識並學習字符串常量池的概念和設計原理。
字符串常量池由來
在日常開發過程中，字符串的創建是比較頻繁的，而字符串的分配和其他對象的分配是類似的，需要耗費大量的時間和空間，從而影響程序的運行性能，所以作為最基礎最常用的引用數據類型，Java設計者在JVM層面提供了字符串常量池。
實現前提
- 實現這種設計的一個很重要的因素是：String類型是不可變的，實例化后，不可變，就不會存在多個同樣的字符串實例化后有數據沖突；
- 運行時，實例創建的全局字符串常量池中會有一張表，記錄着長相持中每個唯一的字符串對象維護一個引用，當垃圾回收時，發現該字符串被引用時，就不會被回收。
實現原理
為了提高性能並減少內存的開銷，JVM在實例化字符串常量時進行了一系列的優化操作：
- 在JVM層面為字符串提供字符串常量池，可以理解為是一個緩存區；
- 創建字符串常量時，JVM會檢查字符串常量池中是否存在這個字符串；
- 若字符串常量池中存在該字符串，則直接返回引用實例；若不存在，先實例化該字符串，並且，將該字符串放入字符串常量池中，以便於下次使用時，直接取用，達到緩存快速使用的效果。
String str1 = "abc";
String str2 = "abc";
System.out.println("str1 == str2: " + (str1 == str2)); //結果：str1 == str2: true
字符串常量池位置變化
方法區
提到字符串常量池，還得先從方法區說起。方法區和Java堆一樣（但是方法區是非堆），是各個線程共享的內存區域，是用於存儲已經被JVM加載的類信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯后的代碼等數據。
很多人會把方法區稱為永久代，其實本質上是不等價的，只不過HotSpot虛擬機設計團隊是選擇把GC分代收集擴展到了方法區，使用永久代來代替實現方法區。其實，在方法區中的垃圾收集行為還是比較少的，這個區域的內存回收目標主要是針對常量池的回收和對類型的卸載，但是這個區域的回收總是不盡如人意的，如果該區域回收不完全就會出現內存泄露。當然，對於JDK1.8時，HostSpot VM對JVM模型進行了改造，將元數據放到本地內存，將常量池和靜態變量放到了Java堆里。
元空間
JDK 1.8, HotSpot JVM將永久代移除了，使用本地內存來存儲類的元數據信息，即為元空間（Metaspace）
所以，字符串常量池的具體位置是在哪里？當然這個我們后面需要區分jdk的版本，jdk1.7之前，jdk1.7，以及jdk1.8，因為這些版本中，字符串常量池因為方法區的改變而做了一些變化。
JDK1.7之前
在jdk1.7之前，常量池是存放在方法區中的。
JDK1.7
在jdk1.7中，字符串常量池移到了堆中，運行時常量池還在方法區中。
JDK1.8
jdk1.8刪除了永久代，方法區這個概念還是保留的，但是方法區的實現變成了元空間，常量池沿用jdk1.7，還是放在了堆中。這樣的效果就變成了：常量池和靜態變量存儲到了堆中，類的元數據及運行時常量池存儲到元空間中。
為啥要把方法區從JVM內存（永久代）移到直接內存（元空間）？主要有兩個原因：
- 直接內存屬於本地系統的IO操作，具有更高的一個IO操作性能，而JVM的堆內存這種，如果有IO操作，也是先復制到直接內存，然后再去進行本地IO操作。經過了一系列的中間流程，性能就會差一些。非直接內存操作：
本地IO操作——>直接內存操作——>非直接內存操作——>直接內存操作——>本地IO操作，而直接內存操作：本地IO操作——>直接內存操作——>本地IO操作。 - 永久代有一個無法調整更改的JVM固定大小上限，回收不完全時，會出現
OutOfMemoryError問題；而直接內存（元空間）是受到本地機器內存的限制，不會有這種問題。
變化
- 在JDK1.7前，運行時常量池+字符串常量池是存放在方法區中，HotSpot VM對方法區的實現稱為永久代。
- 在JDK1.7中，字符串常量池從方法區移到堆中，運行時常量池保留在方法區中。
- 在JDK1.8中，HotSpot移除永久代，使用元空間代替，此時字符串常量池保留在堆中，運行時常量池保留在方法區中，只是實現不一樣了，JVM內存變成了直接內存。
結合代碼
字符串對象創建詳解
代碼示例
String str1 = "123";
String str2 = "123";
String str3 = "123";
String str4 = new String("123");
String str5 = new String("123");
String str6 = new String("123");
結果：
str1 == str2：true
str2 == str3：true
str3 == str4：false
str4 == str5：false
str5 == str6：false
jvm存儲示例
創建對象流程
對於jvm底層，String str = new String("123")創建對象流程是什么？
- 在常量池中查找是否存在"123"這個字符串；若有，則返回對應的引用實例；若無，則創建對應的實例對象；
- 在堆中new一個String類型的"123"字符串對象；
- 將對象地址復制給str，然后創建一個應用。
注意：
若常量池里沒有"123"字符串，則創建了2個對象；若有該字符串，則創建了一個對象及對應的引用。
Q&A
String str ="ab" + "cd";對象個數？
分析：若字符串常量池該字符串對象
- 字符串常量池：（1個對象）"abcd";
- 堆：無
- 棧：（1個引用）str
總共：1個對象+1個引用
String str = new String("abc");對象個數？
分析：若字符串常量池該字符串對象
- 字符串常量池：（1個對象）"abc";
- 堆：（1個對象）new String("abc")
- 棧：（1個引用）str
總共：2個對象+1個引用
String str = new String("a" + "b");對象個數？
分析：若字符串常量池該字符串對象
- 字符串常量池：（3個對象）"a"，"b"，"ab";
- 堆：（1個對象）new String("ab")
- 棧：（1個引用）str
總共：4個對象+1個引用
String str = new String("ab") + "ab";對象個數？
分析：若字符串常量池該字符串對象
- 字符串常量池：（1個對象）"ab";
- 堆：（1個對象）new String("ab")
- 棧：（1個引用）str
總共：2個對象+1個引用
String str = new String("ab") + new String("ab");對象個數？
分析：若字符串常量池該字符串對象
- 字符串常量池：（1個對象）"ab";
- 堆：（2個對象）new String("ab")，new String("ab")
- 棧：（1個引用）str
總共：3個對象+1個引用
String str = new String("ab") + new String("cd");對象個數？
分析：若字符串常量池該字符串對象
- 字符串常量池：（2個對象）"ab"，"cd";
- 堆：（2個對象）new String("ab")，new String("cd")
- 棧：（1個引用）str
總共：4個對象+1個引用
String str3 = str1 + str2;對象個數？
String str1 = "ab";
String str2 = "cd";
String str3 = str1 + str2;
分析：若字符串常量池該字符串對象
- 字符串常量池：（2個對象）"ab"，"cd"，"abcd";
- 堆：無
- 棧：（3個引用）str1，str2，str3
總共：2個對象+3個引用
如何指向字符串池中特定的對象？
通過intern()方法。
代碼
String str1 = "123";
String str2 = new String("123");
String str3 = str2;
System.out.println("str1 == str2：" + (str1 == str2));
System.out.println("str1 == str3：" + (str1 == str3));
//通過java.lang.String.intern()方法指定字符串對象
String str4 = str2.intern();
System.out.println("str1 == str4：" + (str1 == str4));
結果：
str1 == str2：false
str1 == str3：false
str1 == str4：true