Java笔试高频考点：字符串经典题目深度解析
Java面试高频考点：字符串经典题目深度解析
在Java面试中，字符串相关的问题是高频考点之一。今天我们通过5道经典面试题，深入剖析Java字符串的底层机制，让你彻底掌握字符串常量池、对象创建、内存分配等核心知识点。
引言
字符串作为Java中最常用的数据类型之一，其底层实现涉及常量池、堆内存、编译器优化等多个方面。在面试中，字符串相关题目经常成为考察候选人基础功底的重要环节，本文将通过实际代码案例，帮你深入理解Java字符串的运行机制。
经典题目
题目1：字符串常量池与对象创建
public class StringTest {
public static void main(String[] args) {
String str1 = "JavaProgramming";
String str2 = "JavaProgramming";
String str3 = new String("JavaProgramming");
String str4 = new String("JavaProgramming");
System.out.println(str1 == str2);
System.out.println(str1.equals(str2));
System.out.println(str1 == str3);
System.out.println(str1.equals(str3));
System.out.println(str3 == str4);
System.out.println(str3.equals(str4));
}
}
请分析上述代码的输出结果，并解释每个比较操作的原理。
答：当 JVM 运行这段代码时，首先会加载 StringTest 类的字节码文件到方法区，其中包含 main 方法的相关信息。接着 main 方法入栈执行。
-
String str1 = "JavaProgramming";
JVM 会先在字符串常量池中查找是否存在"JavaProgramming"这个字符串。若不存在，则在字符串常量池中开辟一块空间存储该字符串常量。同时，在栈内存中为str1这个局部变量开辟空间，str1存储的是字符串常量池里"JavaProgramming"的地址值。 -
String str2 = "JavaProgramming";
由于之前已在字符串常量池中创建了"JavaProgramming"，所以此时不会再创建新对象。同样在栈内存为str2开辟空间，str2也指向字符串常量池中"JavaProgramming"的地址。 -
String str3 = new String("JavaProgramming");
执行这行代码时，JVM 先检查字符串常量池，若已有"JavaProgramming"，则不再在常量池创建。然后在堆内存中开辟一块空间创建一个String对象，该对象内部引用字符串常量池中的"JavaProgramming"。同时在栈内存为str3开辟空间，str3存储的是堆内存中这个String对象的地址。 -
String str4 = new String("JavaProgramming");
与str3类似，在堆内存中开辟新的空间创建一个String对象，该对象引用字符串常量池中的"JavaProgramming"。在栈内存为str4开辟空间，str4存储堆内存中此String对象的地址。
比较操作分析
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System.out.println(str1 == str2);
因为str1和str2都指向字符串常量池中的同一个"JavaProgramming"对象，==比较的是对象的地址，所以结果为true。 -
System.out.println(str1.equals(str2));
equals方法用于比较字符串的内容，str1和str2的内容均为"JavaProgramming"，所以结果为true。 -
System.out.println(str1 == str3);
str1指向字符串常量池中的对象，str3指向堆内存中的对象，两者地址不同，所以结果为false。 -
System.out.println(str1.equals(str3));
虽然str1和str3指向不同的对象，但它们的字符串内容都是"JavaProgramming"，所以equals比较结果为true。 -
System.out.println(str3 == str4);
str3和str4在堆内存中创建了不同的String对象，它们的地址不同，所以==比较结果为false。 -
System.out.println(str3.equals(str4));
str3和str4的字符串内容都是"JavaProgramming"，因此equals比较结果为true。
题目2：字符数组构造字符串
public class StringArrayTest {
public static void main(String[] args) {
char[] charArray = {'J', 'a', 'v', 'a'};
String str1 = new String(charArray);
String str2 = new String(charArray);
System.out.println(str1 == str2);
System.out.println(str1.equals(str2));
}
}
请分析此代码的输出结果，并说明通过字符数组创建字符串对象的内存分配机制。
答：当执行 StringArrayTest 类中的代码时，其内存分配和操作过程如下：
首先，JVM 会将 StringArrayTest 类的字节码文件加载到方法区，main 方法的相关信息也随之进入方法区，随后 main 方法入栈开始执行。
-
字符数组的创建：
执行
char[] charArray = {'J', 'a', 'v', 'a'};时，JVM 在堆内存中开辟一块连续的存储空间，用于存储这个字符数组charArray。这块存储空间不仅包含数组元素{'J', 'a', 'v', 'a'}，还包含数组的一些元数据信息，例如数组的长度等。 -
通过字符数组创建
String对象（以str1为例）：当执行
String str1 = new String(charArray);时，new关键字会在堆内存中创建一个String对象。需要注意的是，String对象并不会直接指向charArray的地址。String类会将charArray的内容复制一份到String对象内部维护的字符数组中。这是因为String类设计为不可变类，为了保证其不可变性，不能直接引用外部可变的字符数组。在栈内存中，为局部变量
str1开辟空间，该空间用于存储指向堆内存中新建String对象的引用。String对象在堆内存中的布局，除了内部存储字符串内容的字符数组外，还包含对象头信息，对象头中记录了对象的一些运行时数据，如哈希码、对象分代年龄等，同时可能存在一些对齐填充数据，以保证对象在内存中的存储符合特定的对齐规则。 -
str2的创建过程：执行
String str2 = new String(charArray);时，与str1的创建过程类似。同样在堆内存中创建一个新的String对象，将charArray的内容复制到该对象内部的字符数组，并在栈内存为str2开辟空间存储指向堆内存中此String对象的引用。 -
比较操作分析：
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System.out.println(str1 == str2);：
由于str1和str2在堆内存中分别创建了不同的String对象，它们在栈内存中存储的引用指向不同的堆内存地址，而==运算符比较的是对象的引用地址，所以结果为false。 -
System.out.println(str1.equals(str2));：
equals方法在String类中被重写，用于比较两个String对象的内容。因为str1和str2内部存储的字符串内容都是"Java"，所以比较结果为true。
-
综上所述，通过字符数组创建 String 对象时，会在堆内存中为字符数组和每个 String 对象分别分配空间，栈内存为变量存储指向堆内存对象的引用。同时，String 对象通过复制字符数组内容来保证自身的不可变性，这种机制在理解 String 类的特性和内存管理时非常关键。
题目3：字符串对象创建数量分析
public class StringCreationTest {
public static void main(String[] args) {
String str1 = new String("Python");
String str2 = "Python";
System.out.println(str1 == str2);
System.out.println(str1.equals(str2));
}
}
请分析代码执行结果，并回答：String str1 = new String("Python"); 这行代码创建了几个对象？String str2 = "Python"; 这行代码创建了几个对象？
答：当 JVM 运行 StringCreationTest 类的代码时，首先会将 StringCreationTest 类的字节码文件加载到方法区，main 方法的相关信息也会随之进入方法区，接着 main 方法入栈开始执行。
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分析
String str1 = new String("Python");当执行这行代码时，JVM 会先检查字符串常量池。如果字符串常量池中不存在
"Python"这个字符串对象，那么会在字符串常量池中创建一个"Python"字符串对象。无论常量池中的情况如何，new关键字都会在堆内存中创建一个新的String对象，这个对象内部会持有一个指向字符串常量池中"Python"的引用。同时，在栈内存中为局部变量str1开辟空间，用于存储指向堆内存中新建String对象的引用。关于创建对象的数量，如果在 JVM 加载类时，字符串常量池中没有
"Python"，那么此行代码会创建两个对象：一个在字符串常量池，一个在堆内存。如果字符串常量池中已经存在"Python"，则只会在堆内存创建一个对象。 -
分析
String str2 = "Python";由于在执行
str1的创建过程中，已经检查过字符串常量池并可能创建了"Python"对象，所以当执行String str2 = "Python";时，JVM 检查字符串常量池发现已有"Python"对象，此时不会创建新对象，即创建对象数为 0 。JVM 会在栈内存为str2开辟空间，str2存储的引用指向字符串常量池中已有的"Python"对象。 -
分析比较操作
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System.out.println(str1 == str2);：
str1指向堆内存中的String对象，而str2指向字符串常量池中的"Python"对象，它们的内存地址不同。因为==运算符比较的是对象的内存地址，所以结果为false。 -
System.out.println(str1.equals(str2));：
equals方法在String类中被重写，用于比较两个String对象的内容。str1和str2所代表的字符串内容都是"Python"，所以比较结果为true。
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题目4：字符串拼接与引用比较
public class StringConcatTest {
public static void main(String[] args) {
String str1 = "DATABASE";
String str2 = "DATA";
String str3 = str2 + "BASE";
System.out.println(str1 == str3);
System.out.println(str1.equals(str3));
}
}
请分析此代码的输出结果，并解释动态字符串拼接对对象引用比较的影响。
答：当 JVM 运行 StringConcatTest 类的代码时，首先会加载 StringConcatTest 类的字节码文件到方法区，main 方法的相关信息也随之进入方法区，随后 main 方法入栈开始执行。
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String str1 = "DATABASE";JVM 会检查字符串常量池，若其中不存在
"DATABASE"对应的字符串对象，就会在字符串常量池中创建一个，然后将str1这个局部变量在栈内存中开辟空间，使其存储的引用指向字符串常量池中的"DATABASE"对象；若字符串常量池中已存在"DATABASE"，则直接让栈内存中的str1指向该对象。 -
String str2 = "DATA";同理，JVM 检查字符串常量池，若没有
"DATA"对应的字符串对象，就在字符串常量池中创建，同时在栈内存为str2开辟空间，让str2指向该对象；若已有，则str2直接指向字符串常量池中的"DATA"对象。 -
String str3 = str2 + "BASE";在 Java 中，由于
String类的不可变性，执行字符串拼接操作str2 + "BASE"时，会先创建一个StringBuilder对象（在实际应用中，如果是在多线程环境下，可能会使用StringBuffer，但在单线程且无特殊要求时，编译器通常优化为StringBuilder）。StringBuilder类有一个可变的字符序列，通过调用其append方法，依次将str2的内容和"BASE"的内容追加到这个字符序列中。完成追加后，调用StringBuilder的toString方法，这个方法会在堆内存中创建一个新的String对象，其内容为拼接后的"DATABASE"。同时，在栈内存为str3开辟空间，使str3存储的引用指向堆内存中这个新创建的String对象。 -
比较操作分析
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System.out.println(str1 == str3);：
str1指向字符串常量池中的"DATABASE"对象，而str3指向堆内存中通过拼接创建的"DATABASE"对象，它们的内存地址不同。因为==运算符比较的是对象的内存地址，所以结果为false。 -
System.out.println(str1.equals(str3));：
equals方法在String类中被重写，用于比较两个String对象的内容。str1和str3的内容均为"DATABASE"，所以比较结果为true。
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综上所述，通过动态字符串拼接产生的对象与直接在字符串常量池中的对象，虽然内容可能相同，但内存地址不同，这体现了 Java 中字符串不可变性以及不同创建方式对对象内存布局的影响。
题目5：编译时字符串常量优化
public class StringOptimizationTest {
public static void main(String[] args) {
String str1 = "SPRING";
String str2 = "S" + "P" + "R" + "I" + "N" + "G";
System.out.println(str1 == str2);
System.out.println(str1.equals(str2));
}
}
请分析代码输出结果，并解释编译器对字符串常量表达式的优化处理机制。
答：当 JVM 执行 StringOptimizationTest 类的代码时，首先会将 StringOptimizationTest 类的字节码文件加载到方法区，main 方法的相关信息也随之进入方法区，随后 main 方法入栈开始执行。
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String str1 = "SPRING";JVM 会检查字符串常量池，若池中不存在
"SPRING"这个字符串对象，便会在字符串常量池中创建一个，然后在栈内存中为局部变量str1开辟空间，使str1存储的引用指向字符串常量池中的"SPRING"对象；若字符串常量池中已存在"SPRING"，则str1直接指向该对象。 -
String str2 = "S" + "P" + "R" + "I" + "N" + "G";在 Java 编译阶段，编译器会对这种由字符串常量组成的拼接表达式进行优化。它会将这些字符串常量直接拼接成一个完整的字符串
"SPRING"。这意味着，在运行时，str2的创建过程实际上等同于String str2 = "SPRING";。即 JVM 同样会检查字符串常量池，若不存在"SPRING"，则在常量池中创建，并让栈内存中的str2指向该对象；若已存在，则str2直接指向字符串常量池中的"SPRING"对象。 -
比较操作分析
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System.out.println(str1 == str2);：
由于编译器的优化，str1和str2在字符串常量池中指向的是同一个"SPRING"对象。而==运算符比较的是对象的内存地址，所以该比较结果为true。 -
System.out.println(str1.equals(str2));：
equals方法在String类中被重写，用于比较两个String对象的内容。因为str1和str2的内容均为"SPRING"，所以该比较结果为true。
具体的情况，可以通过IDEA反编译class字节码文件来查看是否优化
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综上所述，Java 编译器对字符串常量拼接的优化使得在这种情况下 str1 和 str2 在内存中指向同一个对象，这体现了 Java 在字符串处理上的优化机制以及对字符串常量池的有效利用。
面试常考知识点总结
1. 字符串常量池机制
- 位置： 在方法区（Java 8后在堆中）
- 作用： 避免重复创建相同内容的字符串对象
- 特点： 相同内容的字符串字面量共享同一个对象
2. ==与equals的区别
==： 比较对象引用（内存地址）equals： 比较对象内容
3. 编译器优化规则
- 所有操作数都是编译时常量时进行优化
- 包含变量的表达式不会被优化
4. 性能优化建议
- 优先使用字符串字面量
- 大量字符串拼接使用StringBuilder
- 考虑使用intern()方法将字符串加入常量池
实战建议
在实际开发中，理解这些机制有助于：
- 写出更高效的代码
- 避免内存泄漏
- 正确处理字符串比较
- 优化程序性能
结语
字符串虽然是Java中最基础的数据类型，但其底层机制却相当复杂。通过这5道经典面试题，我们深入了解了字符串常量池、对象创建、内存分配等核心概念。
掌握这些知识不仅能帮你在面试中脱颖而出，更重要的是能让你在日常开发中写出更优雅、更高效的代码。
最后的建议： 不要死记硬背这些题目的答案，而要理解背后的原理。只有真正理解了Java字符串的运行机制，才能在面对各种变形题时游刃有余。
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