Java程序員必知：String.intern()的用法

在Java開發過程中，我們經常使用String作為數據類型來存儲字元串。然而，String在內存中的存儲方式和其他基本數據類型有所不同。例如，int類型在內存中只存在一份，而String類型的每個實例在內存中都有一個副本。

當我們需要比較字元串時，通常使用equals方法進行比較，但這種方式複雜度為O(n)，如果對於同一個字元串頻繁比較，可能會導致性能問題。而String類提供了一個intern()方法，可以將字元串添加到字元串常量池中，以便重複使用同一個字元串實例，以提高程序性能。

一、String.intern()方法的基本用法

String.intern()方法是一個Native方法，用於將字元串添加到字元串常量池中。如果字元串池已經包含一個等於此String對象的字元串，則返回代表池中這個字元串的String對象。否則，將此String對象添加到字元串池中，並且返回此String對象的引用。

下面是關於intern()方法的基本示例：

public class Test {
  public static void main(String[] args) {
    String str1 = "Hello";
    String str2 = new String("Hello");
    String str3 = str2.intern();
    System.out.println(str1 == str2);//false
    System.out.println(str1 == str3);//true
  }
}

在此示例中，我們首先創建了String類型的兩個實例str1和str2。儘管它們都包含相同的字元序列（「Hello」），但它們在內存中卻有不同的地址。然後，我們使用str2的intern()方法將其添加到字元串常量池中，並將返回的字元串引用賦給str3。最後，我們比較str1和str2以及str1和str3的引用是否相同。第一次比較返回false，因為str1和str2引用不同的對象。第二次比較返回true，因為str1和str3引用相同的對象。

二、在字元串大量使用時使用String.intern()

在字元串大量使用時，使用String.intern()方法可以顯著提高性能。例如，如果我們有一個內存集合（如ArrayList或HashMap），其中包含大量的字元串，那麼使用intern()可以降低內存使用率並提高查詢性能。

下面是一個使用String.intern()優化查詢性能的示例代碼：

public class Test {
  public static void main(String[] args) {
    List list = new ArrayList();
    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
      String str = "Hello" + i;
      list.add(str.intern());
    }
    long start1 = System.currentTimeMillis();
    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
      list.contains("Hello" + i);
    }
    long end1 = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("Contains Time: " + (end1 - start1) + "ms");

    long start2 = System.currentTimeMillis();
    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
      list.contains(("Hello" + i).intern());
    }
    long end2 = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("Intern Time: " + (end2 - start2) + "ms");
  }
}

在此示例中，我們首先使用循環向一個ArrayList中添加包含「Hello」和數字的字元串，並使用intern()方法將它們添加到字元串池中。然後分別測試使用contains()方法查詢常規字元串和使用intern()方法查詢的性能。對於包含100000個字元串的集合，使用intern()方法查詢的時間大約是普通查詢時間的5倍。

三、使用StringBuilder和StringBuffer時要小心

如果我們在StringBuilder和StringBuffer中使用toString()方法來獲取字元串，並且使用intern()方法來將其添加到字元串池中，那麼會產生意想不到的結果。

下面是一個示例代碼：

public class Test {
  public static void main(String[] args) {
    StringBuilder sb = new StringBuilder("Hello");
    String str1 = sb.toString();
    String str2 = str1.intern();
    System.out.println(str1 == str2);//false

    StringBuffer sb2 = new StringBuffer("Hello");
    String str3 = sb2.toString();
    String str4 = str3.intern();
    System.out.println(str3 == str4);//false
  }
}

在此示例中，我們首先創建StringBuilder和StringBuffer實例，然後將它們轉換為字元串，並使用intern()方法將其添加到字元串池中。然而，這裡我們使用了toString()方法獲取字元串，由於toString()方法返回的不是原始字元串對象，因此intern()方法返回的也不是字元串常量池中的對象。因此，與預期不同，比較兩個字元串將返回false。

四、避免內存泄漏

由於String.intern()方法是在字元串池中維護對對象的引用，因此可能會存在內存泄漏的風險。例如，如果應用程序在循環中創建大量的字元串並使用intern()方法來添加到字元串池中，那麼可能會導致內存泄漏風險。因為這些字元串可能永遠不會被垃圾收集器回收，即使它們不再需要。

要避免內存泄漏，我們可以使用WeakHashMap來代替字元串池。WeakHashMap是一種使用弱引用（weak reference）實現的Map。如果某個鍵沒有被強引用（strong reference）持有，則在下一次垃圾回收時，它將被從Map中自動刪除。

下面是一個使用WeakHashMap代替字元串池來避免內存泄漏的示例代碼：

public class Test {
  private static final WeakHashMap map = new WeakHashMap();

  public static String intern(String str) {
    String result = map.get(str);
    if (result == null) {
      result = new String(str);
      map.put(str, result);
    }
    return result;
  }
}

在此示例中，我們使用了一個WeakHashMap來存儲字元串實例。如果一個字元串已經存在於WeakHashMap中，則直接返回它的引用。否則，我們創建一個新的String對象，將其存儲在WeakHashMap中，並返回其引用。由於WeakHashMap是使用弱引用來實現的，因此當字元串不再需要時，垃圾收集器將自動從Map中刪除它。這樣，我們就可以在不泄漏內存的情況下使用intern()方法。