JVM—常量池以及拼接操作详解

Posted 2021-08-29 赵晓东-Nastu

常量池的分类

Class文件常量池、运行时常量池、全局字符串常量池、以及基本类型包装类对象常量池。

Class文件常量池

一个字节码文件中除了包含类的版本信息字段方法等，还包括常量池，包含各种字面量和类型、域和方法的符号引用（符号引用就是类和方法的全限定名，字段的名称和描述符，方法的名称和描述符）
字面量：
1、文本字符串：就是我们在代码中能够看到的字符串，例如：String a = “aa”。其中"aa"就是字面量
2、被final修饰的变量。

运行时常量池：

JVM在执行某个类的时候也就是加载类的时候，会经过加载、连接、初始化，在类加载进内存后JVM就会将Class常量池中的内容放到运行时常量池中。
JVM为每个加载的类都维护一个运行时常量池，运行时常量池中包含多种不同的常量，包括编译器就已经明确的数值字面量，也包括到运行期解析后才能够获得方法或者字段引用。此时不再是常量池汇总的符号地址了，这里换位真实地址。（class文件常量池和运行时常量池的区别）

字符串常量池

jdk1.7中，字符串常量池由方法区转义到了堆中
在堆中生成的字符串对象实例，然后将该字符串实例的引用存到String pool 中，存的是引用不是具体的实例，字符串常量池里面的内容是在类加载的时候完成的。
解析阶段是将符号引用转化为直接引用，解析的过程会查询字符串常量池，找到后字符串常量池指向堆中的对象实例。

注意点：
常量池中不会存在相同内容的常量

如果在拼接字符串的前后出现了变量，就相当于在堆空间new String, 只要有一个变量，拼接结果就在堆中（常量池以外的堆），变量的拼接原理是StringBuilder

字符串拼接不一定都用的是stringbuilder 如果拼接的两边都是字符串常量或者常量引用(final)任然使用编译器优化的方案

String

String的基本特性

String: 字符串，使用一对“”引起来表示。//字面量的定义方式
• String s1 = “atguigu” ; //字面量的定义方式
• String s2 = new String(“hello”);

String实现了Serializable 表示实现了序列化，Comparable表示课比较大小了。
jdk1.8的时候用的是char[] value；
jdk1.9的时候用的是byte[] value;

• String的基本特性
String：代表不可变的字符序列。简称：不可变性
• 当对字符串重新赋值时，需要重写指定内存区域赋值，不能使用原有的value进行赋值
• 当对现有的字符串进行连接操作时，也需要重写指定内存区域赋值，不能使用原有的value进行赋值。
• 当调用String的replace()方法修改指定字符或字符串时，也需要重新指定内存区域赋值，不能使用原有的value进行赋值。
• 通过字面量的方式（区别于new）给一个字符串赋值，此时的字符串值声明在字符串常量池中

    public void test1(){
        String s1 = "abc"; //字面量定义的方式，“abc”存储在字符串常量池中
        String s2 = "abc";
        System.out.println(s1==s2);
        System.out.println(s1);
        System.out.println(s2);
    }

true
abc
abc

s1 ,s2 为局部变量都是存储在栈上的，abc为字面量存储在堆上的常量池中，"abc"只能在常量池中有一个，所以s1,s2指向同一个地址。
如果现在让s2再加上def，那么是在原基础上增加，还是重新开辟一块空间呢？

    public void test2(){
        String s1 = "abc";
        String s2 = "abc";
        s2+="def";
        System.out.println(s2);
        System.out.println(s1);
    }

abcdef
abc

显然是重新开启了一块空间。没有在原基础上进行操作

    public void test3(){
        String s1 = "abc";
        String s2 = s1.replace('a','m');
        System.out.println(s1);
        System.out.println(s2);
    }

在s1上将a变成了m，是否在原地址上进行操作还是重新开启一块空空间
它是重新开启了一块空间，没有在原基础上进行操作，所以s1和s2不一样。

String a = “ab”+“c” 会给它在编译器的时候就成为 String a =“abc”
字符串常量池中是不会存储相同内容的字符串的

String的内存分配

• 在Java语言中有8种基本数据类型和一种比较特殊的类型String。这些 类型为了使它们在运行过程中速度更快、更节省内存，都提供了一种常量池的概念。
• 常量池就类似一.个Java系统级别提供的缓存。8种基本数据类型的常量 池都是系统协调的，String类 型的常量池比较特殊。它的主要使用方法有两种。
• 直接使用双引号声明出来的String对象会直接存储在常量池中。
• 比如： String info = “abc” ；
• 如果不是用双引号声明的String对象，可以使用String提供的intern（）方法。这个后面重点谈
• Java 6 及以前，字符串常量池存放在永久代。
• Java 7 中 Oracle 的工程师对字符串的逻辑做了很大的改变，即将字符串常量池的位置调整到了Java堆内。
• 所有的字符串都保存在堆（Heap）中，和其他普通对象一样，这样可以让你在进行调优应用时仅需要调整堆大小就可以了。
• 字符串常量池概念原本使用得比较多，但是这个改动使得我们有足够的理由让我们重新考虑在Java 7中使用String. intern（）。
Java8 元空间，字符串常量在堆

StringTable为什么要调整
①永久代permSize默认比较小;
②永久代的垃圾回收频率低;

String的基本操作

class Memory {
    public static void main(String[] args) {//line 1
        int i = 1;//line 2
        Object obj = new Object();//line 3
        Memory mem = new Memory();//line 4
        mem.foo(obj);//line 5
    }//line 9

    private void foo(Object param) {//line 6
        String str = param.toString();//line 7
        System.out.println(str);
    }//line 8
}

字符串拼接操作

1.常量与常量的拼接结果在常量池，原理是编译期优化
2.常量池中不会存在相同内容的常量。
3.只要其中有一个是变量，结果就在堆中。变量拼接的原理是StringBuilder
4.如果拼接的结果调用intern（）方法，则主动将常量池中还没有的字符串对象放入池中，并返回此对象地址。

 @Test
    public void test1(){
        String s1 = "a" + "b" + "c";//编译期优化：等同于"abc"
        String s2 = "abc"; //"abc"一定是放在字符串常量池中，将此地址赋给s2
        /*
         * 最终.java编译成.class,再执行.class
         * String s1 = "abc";
         * String s2 = "abc"
         */
        System.out.println(s1 == s2); //true
        System.out.println(s1.equals(s2)); //true
    }

    @Test
    public void test2(){
        String s1 = "javaEE";
        String s2 = "hadoop";

        String s3 = "javaEEhadoop";
        String s4 = "javaEE" + "hadoop";//编译期优化
        //如果拼接符号的前后出现了变量，则相当于在堆空间中new String()，具体的内容为拼接的结果：javaEEhadoop
        String s5 = s1 + "hadoop";
        String s6 = "javaEE" + s2;
        String s7 = s1 + s2;

        System.out.println(s3 == s4);//true
        System.out.println(s3 == s5);//false
        System.out.println(s3 == s6);//false
        System.out.println(s3 == s7);//false
        System.out.println(s5 == s6);//false
        System.out.println(s5 == s7);//false
        System.out.println(s6 == s7);//false
        //intern():判断字符串常量池中是否存在javaEEhadoop值，如果存在，则返回常量池中javaEEhadoop的地址；
        //如果字符串常量池中不存在javaEEhadoop，则在常量池中加载一份javaEEhadoop，并返回次对象的地址。
        String s8 = s6.intern();
        System.out.println(s3 == s8);//true
    }

字符串拼接

@Test
    public void test3(){
        String s1 = "a";
        String s2 = "b";
        String s3 = "ab";
        /*
        如下的s1 + s2 的执行细节：(变量s是我临时定义的）
        ① StringBuilder s = new StringBuilder();
        ② s.append("a")
        ③ s.append("b")
        ④ s.toString()  --> 约等于 new String("ab")

        补充：在jdk5.0之后使用的是StringBuilder,
        在jdk5.0之前使用的是StringBuffer
         */
        String s4 = s1 + s2;//
        System.out.println(s3 == s4);//false
    }

    /*
    1. 字符串拼接操作不一定使用的是StringBuilder!
       如果拼接符号左右两边都是字符串常量或常量引用，则仍然使用编译期优化，即非StringBuilder的方式。
    2. 针对于final修饰类、方法、基本数据类型、引用数据类型的量的结构时，能使用上final的时候建议使用上。
     */
    @Test
    public void test4(){
        final String s1 = "a";
        final String s2 = "b";
        String s3 = "ab";
        String s4 = s1 + s2;
        System.out.println(s3 == s4);//true
    }
    
    //练习：
    @Test
    public void test5(){
        String s1 = "javaEEhadoop";
        String s2 = "javaEE";
        String s3 = s2 + "hadoop";
        System.out.println(s1 == s3);//false

        final String s4 = "javaEE";//s4:常量
        String s5 = s4 + "hadoop";
        System.out.println(s1 == s5);//true

    }

拼接操作与append的效率对比

append效率要比字符串拼接高很多

/*
    体会执行效率：通过StringBuilder的append()的方式添加字符串的效率要远高于使用String的字符串拼接方式！
    详情：① StringBuilder的append()的方式：自始至终中只创建过一个StringBuilder的对象
          使用String的字符串拼接方式：创建过多个StringBuilder和String的对象
         ② 使用String的字符串拼接方式：内存中由于创建了较多的StringBuilder和String的对象，内存占用更大；如果进行GC，需要花费额外的时间。

     改进的空间：在实际开发中，如果基本确定要前前后后添加的字符串长度不高于某个限定值highLevel的情况下,建议使用构造器实例化：
               StringBuilder s = new StringBuilder(highLevel);//new char[highLevel]
     */
    @Test
    public void test6(){

        long start = System.currentTimeMillis();

//        method1(100000);//4014
        method2(100000);//7

        long end = System.currentTimeMillis();

        System.out.println("花费的时间为：" + (end - start));
    }

    public void method1(int highLevel){
        String src = "";
        for(int i = 0;i < highLevel;i++){
            src = src + "a";//每次循环都会创建一个StringBuilder、String
        }
//        System.out.println(src);

    }

    public void method2(int highLevel){
        //只需要创建一个StringBuilder
        StringBuilder src = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i < highLevel; i++) {
            src.append("a");
        }
//        System.out.println(src);
    }

intern()的使用

如果不是用双引号声明的String对象，可以使用String提供的intern方法： intern方法会从字符串常量池中查询当前字符串是否存在，若不存在就会将当前字符串放入常量池中。
• 比如： String myInfo = new String(“I love u”).intern()；
也就是说，如果在任意字符串上调用String. intern方法，那么其返回结果所指向的那个类实例，必须和直接以常量形式出现的字符串实例完全相同。因此，下 列表达式的值必定是true： （“a” + “b” + “c”）.intern（）== “abc”;
通俗点讲，Interned String就是确保字符串在内存里只有一份拷贝，这样可以节约内存空间，加快字符串操作任务的执行速度。注意，这个值会被存放在字符串内部池（String Intern Pool）。

new String(“ab”)会创建几个对象,new String(“a”)+new String(“b”)呢

public class StringNewTest {
    public static void main(String[] args) {
//        String str = new String("ab");

        String str = new String("a") + new String("b");
    }
}

new String(“ab”)会创建几个对象？看字节码，就知道是两个。
• 一个对象是：new关键字在堆空间创建的
• 另一个对象是：字符串常量池中的对象"ab"。 字节码指令：ldc

new String(“a”) + new String(“b”)呢？
• 对象1：new StringBuilder()
• 对象2： new String(“a”)
• 对象3： 常量池中的"a"
• 对象4： new String(“b”)
• 对象5： 常量池中的"b"

• 深入剖析： StringBuilder的toString():
• 对象6 ：new String(“ab”)
• 强调一下，toString()的调用，在字符串常量池中，没有生成"ab"

关于String.intern()的面试题

/**
 * 如何保证变量s指向的是字符串常量池中的数据呢？
 * 有两种方式：
 * 方式一： String s = "shkstart";//字面量定义的方式
 * 方式二： 调用intern()
 *         String s = new String("shkstart").intern();
 *         String s = new StringBuilder("shkstart").toString().intern();
 *
 */
public class StringIntern {
    public static void main(String[] args) {
        String s = new String("1");
        String s1 = s.intern();//调用此方法之前，字符串常量池中已经存在了"1"
        String s2 = "1";
        //s  指向堆空间"1"的内存地址
        //s1 指向字符串常量池中"1"的内存地址
        //s2 指向字符串常量池已存在的"1"的内存地址  所以 s1==s2
        System.out.println(s == s2);//jdk6：false   jdk7/8：false
        System.out.println(s1 == s2);//jdk6: true   jdk7/8：true
        System.out.println(System.identityHashCode(s));//491044090
        System.out.println(System.identityHashCode(s1));//644117698
        System.out.println(System.identityHashCode(s2));//644117698

        //s3变量记录的地址为：new String("11")
        String s3 = new String("1") + new String("1");
        //执行完上一行代码以后，字符串常量池中，是否存在"11"呢？答案：不存在！！

        //在字符串常量池中生成"11"。如何理解：jdk6:创建了一个新的对象"11",也就有新的地址。
        //         jdk7:此时常量中并没有创建"11",而是创建一个指向堆空间中new String("11")的地址
        s3.intern();
        //s4变量记录的地址：使用的是上一行代码代码执行时，在常量池中生成的"11"的地址
        String s4 = "11";
        System.out.println(s3 == s4);//jdk6：false  jdk7/8：true
    }

}

拓展

public class StringIntern1 {
    public static void main(String[] args) {
        //StringIntern.java中练习的拓展：
        String s3 = new String("1") + new String("1");//new String("11")
        //执行完上一行代码以后，字符串常量池中，是否存在"11"呢？答案：不存在！！
        String s4 = "11";//在字符串常量池中生成对象"11"
        String s5 = s3.intern();
        System.out.println(s3 == s4);//false
        System.out.println(s5 == s4);//true
    }
}

总结String的intern（）的使用
• jdk1.6 中，将这个字符串对象尝试放入串池。
• 如果字符串常量池中有，则并不会放入。返回已有的串池中的对象的地址。
• 如果没有，会把此对象复制一份，放入串池，并返回串池中的对象地址。
• Jdk1.7起，将这个字符串对象尝试放入串池
• 如果字符串常量池中有，则并不会放入，返回已有的串池中的对象的地址。
• 如果没有，则会把对象的引用地址复制一份，放入串池，并返回串池中的引用地址。
练习
练习1

public class StringExer1 {
    public static void main(String[] args) {
        //String x = "ab";
        String s = new String("a") + new String("b");//new String("ab")
        //在上一行代码执行完以后，字符串常量池中并没有"ab"

        String s2 = s.intern();//jdk6中：在串池中创建一个字符串"ab"
                               //jdk8中：串池中没有创建字符串"ab",而是创建一个引用，指向new String("ab")，将此引用返回

        System.out.println(s2 == "ab");//jdk6:true  jdk8:true
        System.out.println(s == "ab");//jdk6:false  jdk8:true
    }
}

jdk6

jdk7/8

练习2

public class StringExer2 {
    public static void main(String[] args) {
        String s1 = new String("ab");//执行完以后，会在字符串常量池中会生成"ab"
//        String s1 = new String("a") + new String("b");执行完以后，不会在字符串常量池中会生成"ab"
        s1.intern();
        String s2 = "ab";
        System.out.println(s1 == s2); //false
    }
}

总结

1、String的内存结构

String a = "a"

会直接字符串常量池中有一个a

String a = new String("abc")

这个会在堆中进行创建，并且会在字符串常量池中有一个abc

String a = new String("a")+ new String("b");

会生成一个StringBuilder进行字符串的拼接，然后进行append方法，最后生成String(“ab”)在堆中
如果在jdk.1.6调用 intern方法，那么它的值会存储在字符串常量池汇总
如果1.7之后会有一个连接的地址指向堆中相应的地址