前言

本章我们将以String.intern()方法为切入点，深入探讨Java字符串的核心机制，包括字符串字面量、字符串常量池及其在不同JDK版本中的关键变化。

一、字符串字面量

字符串字面量是在Java语言规范中明确定义的概念，指直接使用双引号””创建的字符串值。

创建方式对比：

String a = "aaa";        // 创建字符串字面量
String b = new String("aaa"); // 新建String对象

核心特性：从JDK 1.7开始，当创建字符串字面量时，JVM会在堆中创建对应的String对象，并将其引用存入字符串常量池。后续遇到一样内容的字面量时，直接复用常量池中的引用，避免重复创建对象。

二、字符串常量池的演进

Java中有三种常量池概念，本文重点讨论全局字符串常量池。

版本演进关键变化：

• JDK 1.6：常量池位于永久代（方法区），存储的是字符串对象本身
• JDK 1.7：常量池移至堆内存，存储的是堆中字符串对象的引用
• JDK 1.8：永久代被元空间取代，但字符串常量池仍在堆中

重大认知修正：传统认为”new String()时会检查常量池，如果没有就创建”的说法不准确。实际上，对象始终在堆中创建，常量池只存储引用。

三、intern()方法的版本差异分析

通过以下经典代码展示不同JDK版本的行为差异：

@Test
public void test() {
    String s = new String("2");
    s.intern();
    String s2 = "2";
    System.out.println(s == s2);  // 输出false
    
    String s3 = new String("3") + new String("3");
    s3.intern();
    String s4 = "33";
    System.out.println(s3 == s4);  // JDK6:false, JDK7+:true
}

JDK 1.6内存模型分析

1. String s = new String(“2”)：在堆中创建String对象，在永久代常量池创建”2″对象
2. s.intern()：在常量池发现已存在”2″对象，直接返回其地址
3. String s2 = “2”：返回常量池中”2″对象的地址
4. s3 = new String(“3”) + new String(“3”)：在堆中创建内容为”33″的String对象
5. s3.intern()：在常量池创建新的”33″对象
6. 比较结果：s3指向堆对象，s4指向常量池对象，故为false

JDK 1.7+内存模型分析

1. String s = new String(“2”)：在堆中创建String对象和”2″对象，常量池保存”2″的引用
2. s3.intern()：将s3的堆对象引用存入常量池
3. 关键差异：s4直接获得s3的引用地址
4. 比较结果：s3和s4指向同一堆对象，故为true

四、变种代码分析：intern()调用时机的重大性

调整代码顺序后：

String s3 = new String("3") + new String("3");
String s4 = "33";  // 先在常量池创建引用
s3.intern();       // 发现已存在，不进行任何操作
System.out.println(s3 == s4);  // JDK6/7均输出false

结论：intern()方法必须在字面量赋值之前调用，才能将堆对象的引用记录到常量池中。

五、字面量进入常量池的时机

通过字节码分析发现，字面量并非在类加载时就全部进入全局字符串常量池。

懒加载机制：

1. 类加载时，字面量进入当前类的运行时常量池
2. 执行ldc指令（如字面量赋值）时触发解析：检查全局字符串常量池是否存在匹配引用如存在，直接返回该引用如不存在，在堆中创建String对象并记录引用到常量池

六、字符串拼接的实现原理

+运算符的实现因操作数类型而异：

涉及String对象：

String str1 = "str1";
String str2 = "str2";
String str3 = str1 + str2;  // 底层使用StringBuilder拼接

纯字面量/常量拼接：

String str = 1 + "str2" + "str3";  // 编译期直接优化为"1str2str3"

重大细节：字面量拼接时，常量池只保存最终结果，不保存中间量：

String str1 = new String("aa" + "bb");  // 常量池中无"aa"、"bb"，只有"aabb"
String str2 = new StringBuilder("a").append("a").toString();
System.out.println(str2 == str2.intern());  // 输出true（由于常量池无"aa"）

七、未解疑问

实验发现一样代码在不同执行环境结果可能不同：

// main方法中返回true，@Test方法中可能返回false
String s3 = new String("1") + new String("1");
s3.intern();
String s4 = "11";
System.out.println(s3 == s4);

此现象可能与类加载路径或测试框架的初始化顺序有关，具体缘由有待进一步探究。

总结

• JDK版本影响：1.7+常量池引用机制显著改变了intern()行为
• 时机关键：intern()调用顺序对引用记录有决定性影响
• 性能考量：理解常量池机制有助于编写高效字符串处理代码
• 实践提议：在需要频繁比较字符串的场景合理使用intern()，但要注意版本兼容性

通过系统分析，我们深入理解了Java字符串处理的底层机制，为性能优化和问题排查提供了重大理论基础。