String s1=”abc”;與String s2=new String(“abc”);-關於Java棧與堆的思考

  在學習《effective java》的時候遇到這麼一條：避免建立重複的對象。想起一個很基礎的問題：String。原來也搜尋過題目中的問題的區別，當時貌似理解了。現在想來還是說不清楚。於是又上網搜尋了一回，發現這個哥們寫的很好。所以轉載過來方便以後學習。

結合：http://apps.hi.baidu.com/share/detail/49198505這篇文章閱讀更容易理解。

1.   棧(stack)與堆(heap)都是Java用來在Ram中存放資料的地方。與C++不同，Java自動管理棧和堆，程式員不能直接地設定棧或堆。

2.   棧的優勢是，存取速度比堆要快，僅次於直接位於CPU中的寄存器。但缺點是，存在棧中的資料大小與生存期必須是確定的，缺乏靈活性。另外，棧資料可以共用，詳見第3點。堆的優勢是可以動態地分配記憶體大小，生存期也不必事先告訴編譯器，Java的垃圾收集器會自動收走這些不再使用的資料。但缺點是，由於要在運行時動態分配記憶體，存取速度較慢。

3.   Java中的資料類型有兩種。
    一種是基本類型(primitive   types),   共有8種，即int,   short,   long,   byte,   float,   double,   boolean,   char(注意，並沒有string的基本類型)。這種類型的定義是通過諸如int   a   =   3;   long   b   =   255L;的形式來定義的，稱為自動變數。值得注意的是，自動變數存的是字面值，不是類的執行個體，即不是類的引用，這裡並沒有類的存在。如int   a   =   3;   這裡的a是一個指向int類型的引用，指向3這個字面值。這些字面值的資料，由於大小可知，生存期可知(這些字面值固定定義在某個程式塊裡面，程式塊退出後，欄位值就消失了)，出於追求速度的原因，就存在於棧中。
    另外，棧有一個很重要的特殊性，就是存在棧中的資料可以共用。假設我們同時定義

    int   a   =   3;  
    int   b   =   3；

      編譯器先處理int   a   =   3；首先它會在棧中建立一個變數為a的引用，然後尋找有沒有字面值為3的地址，沒找到，就開闢一個存放3這個字面值的地址，然後將a指向3的地址。接著處理int   b   =   3；在建立完b的引用變數後，由於在棧中已經有3這個字面值，便將b直接指向3的地址。這樣，就出現了a與b同時均指向3的情況。

      特別注意的是，這種字面值的引用與類對象的引用不同。假定兩個類對象的引用同時指向一個對象，如果一個對象引用變數修改了這個對象的內部狀態，那麼另一個對象引用變數也即刻反映出這個變化。相反，通過字面值的引用來修改其值，不會導致另一個指向此字面值的引用的值也跟著改變的情況。如上例，我們定義完a與   b的值後，再令a=4；那麼，b不會等於4，還是等於3。在編譯器內部，遇到a=4；時，它就會重新搜尋棧中是否有4的字面值，如果沒有，重新開闢地址存放4的值；如果已經有了，則直接將a指向這個地址。因此a值的改變不會影響到b的值。

    另一種是封裝類資料，如Integer,   String,   Double等將相應的基礎資料型別 (Elementary Data Type)封裝起來的類。這些類資料全部存在於堆中，Java用new()語句來顯示地告訴編譯器，在運行時才根據需要動態建立，因此比較靈活，但缺點是要佔用更多的時間。

4.   String是一個特殊的封裝類資料。即可以用String   str   =   new   String( "abc ");的形式來建立，也可以用String   str   =   "abc "；的形式來建立(作為對比，在JDK   5.0之前，你從未見過Integer   i   =   3;的運算式，因為類與字面值是不能通用的，除了String。而在JDK   5.0中，這種運算式是可以的！因為編譯器在後台進行Integer   i   =   new   Integer(3)的轉換)。前者是規範的類的建立過程，即在Java中，一切都是對象，而對象是類的執行個體，全部通過new()的形式來建立。Java
  中的有些類，如DateFormat類，可以通過該類的getInstance()方法來返回一個新建立的類，似乎違反了此原則。其實不然。該類運用了單例模式來返回類的執行個體，只不過這個執行個體是在該類內部通過new()來建立的，而getInstance()向外部隱藏了此細節。那為什麼在String   str   =   "abc "；中，並沒有通過new()來建立執行個體，是不是違反了上述原則？其實沒有。

5.   關於String   str   =   "abc "的內部工作。Java內部將此語句轉化為以下幾個步驟：
    (1)先定義一個名為str的對String類的對象引用變數：String   str；
      (2)在棧中尋找有沒有存放值為 "abc "的地址，如果沒有，則開闢一個存放字面值為 "abc "的地址，接著建立一個新的String類的對象o，並將o   的字串值指向這個地址，而且在棧中這個地址旁邊記下這個引用的對象o。如果已經有了值為 "abc "的地址，則尋找對象o，並返回o的地址。
    (3)將str指向對象o的地址。
    值得注意的是，一般String類中字串值都是直接存值的。但像String   str   =   "abc "；這種場合下，其字串值卻是儲存了一個指向存在棧中資料的引用！
   
    為了更好地說明這個問題，我們可以通過以下的幾個代碼進行驗證。

    String   str1   =   "abc ";
    String   str2   =   "abc ";
    System.out.println(str1==str2);     //true
   
    注意，我們這裡並不用str1.equals(str2)；的方式，因為這將比較兩個字串的值是否相等。==號，根據JDK的說明，只有在兩個引用都指向了同一個對象時才返回真值。而我們在這裡要看的是，str1與str2是否都指向了同一個對象。
    結果說明，JVM建立了兩個引用str1和str2，但只建立了一個對象，而且兩個引用都指向了這個對象。

    我們再來更進一步，將以上代碼改成：

    String   str1   =   "abc ";
    String   str2   =   "abc ";
    str1   =   "bcd ";
    System.out.println(str1   +   ", "   +   str2);     //bcd,   abc
    System.out.println(str1==str2);     //false

    這就是說，賦值的變化導致了類對象引用的變化，str1指向了另外一個新對象！而str2仍舊指向原來的對象。上例中，當我們將str1的值改為 "bcd "時，JVM發現在棧中沒有存放該值的地址，便開闢了這個地址，並建立了一個新的對象，其字串的值指向這個地址。
      事實上，String類被設計成為不可改變(immutable)的類。如果你要改變其值，可以，但JVM在運行時根據新值悄悄建立了一個新對象，然後將這個對象的地址返回給原來類的引用。這個建立過程雖說是完全自動進行的，但它畢竟佔用了更多的時間。在對時間要求比較敏感的環境中，會帶有一定的不良影響。

    再修改原來代碼：

    String   str1   =   "abc ";
    String   str2   =   "abc ";
   
    str1   =   "bcd ";
   
    String   str3   =   str1;
    System.out.println(str3);     //bcd

    String   str4   =   "bcd ";
    System.out.println(str1   ==   str4);     //true
       
    str3   這個對象的引用直接指向str1所指向的對象(注意，str3並沒有建立新對象)。當str1改完其值後，再建立一個String的引用str4，並指向因str1修改值而建立的新的對象。可以發現，這回str4也沒有建立新的對象，從而再次實現棧中資料的共用。

    我們再接著看以下的代碼。

    String   str1   =   new   String( "abc ");
    String   str2   =   "abc ";
    System.out.println(str1==str2);     //false

    建立了兩個引用。建立了兩個對象。兩個引用分別指向不同的兩個對象。

    String   str1   =   "abc ";
    String   str2   =   new   String( "abc ");
    System.out.println(str1==str2);     //false

    建立了兩個引用。建立了兩個對象。兩個引用分別指向不同的兩個對象。

    以上兩段代碼說明，只要是用new()來建立對象的，都會在堆中建立，而且其字串是單獨存值的，即使與棧中的資料相同，也不會與棧中的資料共用。

6.   資料類型封裝類的值不可修改。不僅僅是String類的值不可修改，所有的資料類型封裝類都不能更改其內部的值。

7.   結論與建議：

      (1)我們在使用諸如String   str   =   "abc "；的格式定義類時，總是想當然地認為，我們建立了String類的對象str。擔心陷阱！對象可能並沒有被建立！唯一可以肯定的是，指向   String類的引用被建立了。至於這個引用到底是否指向了一個新的對象，必鬚根據上下文來考慮，除非你通過new()方法來顯要地建立一個新的對象。因此，更為準確的說法是，我們建立了一個指向String類的對象的引用變數str，這個對象引用變數指向了某個值為 "abc "的String類。清醒地認識到這一點對排除程式中難以發現的bug是很有協助的。

    (2)使用String   str   =   "abc "；的方式，可以在一定程度上提高程式的運行速度，因為JVM會自動根據棧中資料的實際情況來決定是否有必要建立新對象。而對於String   str   =   new   String( "abc ")；的代碼，則一概在堆中建立新對象，而不管其字串值是否相等，是否有必要建立新對象，從而加重了程式的負擔。這個思想應該是享元模式的思想，但JDK的內部在這裡實現是否應用了這個模式，不得而知。

    (3)當比較封裝類裡面的數值是否相等時，用equals()方法；當測試兩個封裝類的引用是否指向同一個對象時，用==。

    (4)由於String類的immutable性質，當String變數需要經常變換其值時，應該考慮使用StringBuffer類，以提高程式效率。