13_StringTable

Posted 2021-09-11 root_zhb

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了13_StringTable相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

StringTable

1、String的基本特性
2、String的内存分配（从JDK6永久代到JDK7堆中）
3、字符串的拼接操作（要求掌握）
4、intern()的使用
5、intern()效率测试
6、StringTable的垃圾回收
7、G1中的String去重操作

1、String的基本特性

String：字符串，使用一对""引起来表示。
String sl = “hello”; //字面量的定义方式
String s2 = new String(“hello”);
String声明为final的,不可被继承
String实现了Serializable接口：表示字符串是支持序列化的。实现了Comparable接口：表示String可以比较大小

1.1、存储结构变更，从 char[] 到 byte[]

java8的String类采用 char[] 数组存储字符，每个字符存储时使用2 bytes（16 bits）。大多数String对象只包含Latin-1（拉丁）字符，这样的字符只需要 1byte 存储，因此 String对象中的 char[] 有一半空间并没有使用，浪费了。 所以，在java9的时候，采用byte[] 数组进行标识。

String相关的类：AbstractStringBuilder,StringBuilder,StringBuffer也进行了相同的更新。

//java8
public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    private final char value[];
    }
    
//java9
public final class String implements 
	java.io.Serializable， Comparable<String>,CharSequence {
	@Stable
	private final byte[] value；
	}

1.2、不可变性

String：代表不可变的字符序列。简称：不可变性。如下三种情况，都需要重新指定内存区域赋值，不能使用原有的value进行赋值。

当对字符串重新赋值时
当对现有的字符串进行连接操作时
当调用String 的replace() 方法修改指定字符或字符串时

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。

1.3、字符串常量池中不会存储相同内容的字符串

String的String Pool 是一个固定大小的Hashtable，默认值大小长度是1009。如果放进StringPool的String非常多，就会造成Hash冲突严重，从而导致链表会很长，而链表长了后直接会造成的影响就是当调用String. intern时性能会大幅下降。
使用 -XX:StringTableSize可设置StringTable的长度
在jdk6中StringTable是固定的，就是1009的长度，所以如果常量池中的字符串过多就会导致效率下降很快。StringTableSize设置没有要求
在jdk7中，StringTable的长度默认值是60013，StringTableSize设置没有要求
jdk8开始，1009是StringTable长度可设置的最小值

2、String的内存分配（从JDK6永久代到JDK7堆中）

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

2.1、字符串常量池（StringTable）为什么要调整？

见方法区文章——章节3.3

2.2、程序1——字符串常量池中不允许放相同的字符串

Java语言规范里要求完全相同的字符串字面量，应该包含同样的Unicode字符序列（包含同一份码点序列的常量），并且必须指向同一个String类实例。

    public void test1(){
        System.out.println("11");
        System.out.println("22");
        System.out.println("33");
        System.out.println("44");
        System.out.println("55");

        System.out.println("11");
        System.out.println("22");
        System.out.println("33");
        System.out.println("44");
        System.out.println("55");
    }

之所以不用123456…，因为可能已经存在这几个对象了。
开启Debug模式，并勾选Memory，查看java.lang.String对象的个数。

2.3、程序2——栈帧、堆、字符串常量池

public class Memory {
    public static void main(String[] args) {
        int i=1;
        Object obj=new Object();
        Memory mem=new Memory();
        mem.foo(obj);
    }

    private void foo(Object param){
    	// .toString() 创建了一个String对象，存在于堆中的字符串常量池。同时，栈帧中创建了一个引用str指向该对象。
        String str=param.toString();
        System.out.println(str);
    }
}

3、字符串的拼接操作（要求掌握）

3.1、基础及题目

== 判断的是对象的地址，String的equals（已重写）判断内容是否一致
常量与常量的拼接结果在常量池，原理是编译期优化
常量池中不会存在相同内容的常量。
只要其中有一个是变量，结果就在堆中
(只有有一个是变量,那么它会在堆中创建一个StringBuilder，调用append( )方法进行添加操作，调用toString( )方法转换为字符串【toString( )方法约等于:new String( )】)
如果拼接的结果调用 intern() 方法分为两种情况：
- JDK1.6，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，放入串池中，并返回串池中的对象地址
- JDK1.7，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（实际上是堆中的地址）

@Test
public void test1(){
    String s1 = "a" + "b" + "c";//编译期优化：等同于"abc" 在字节码文件中,s1="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
}

重要！！！！

@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。
3. 重点：变量拼接，它返回的地址是堆中的地址。如果final修饰，则是StringTable地址
 */
@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

}

3.2、字符串变量拼接操作的底层原理

无final修饰的字符串变量拼接，底层相当于new StringBuilder() 进行append操作，并执行了 .toString() 方法。

3.3、拼接操作与append的效率对比

/*
    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
    }

}

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");
    }
}

4、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）

4.1、new String(“ab”)会创建几个对象？

答：看字节码，会创建两个对象（常量池中已经有了该对象）

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
如下图：

4.2、String s=new String(“a”)+new String(“b”);创建几个对象？

答：创建了6个对象

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"
对象6：StringBuilder的toString() 相当于new String(“ab”)
注意：toString()的调用，在字符串常量池中，没有生成"ab" 没有ldc指令

4.3、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
    }
}

课后练习扩展

  @Test
    public void test1(){
        String s=new String("a")+new String("b");
        //在上一行代码执行完，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，在串池中没有创建字符串“ab”，而是创建一个引用，指向new String("ab")
        System.out.println(s2=="ab"); //jdk6:true  jdk8:true
        System.out.println(s=="ab");  //jdk6:false jdk8:true
    }

    @Test
    public void test2(){
        String x="ab";
        String s=new String("a")+new String("b");
        //此时，常量池中已有ab，所以s2用现成的
        String s2=s.intern();

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

    @Test
    public void test3(){
//        String s1=new String("ab"); //执行完，会在字符串常量池中生成“ab”  此处最终结果是false

       String s1 =new String("a")+new String("b"); //不会在字符串常量池生成“ab”  此处最终结果是true
        s1.intern();
        String s2="ab";
        System.out.println(s1==s2);
    }

    @Test
    public void test4(){
        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！
        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
    }

4.4、总结String的intern() 的使用

问题的本质在于这个对象的地址到底在哪？
常见问题：4.3——课后练习扩展——test1()

总结 String 的 intern() 使用

JDK1.6，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，放入串池中，并返回串池中的对象地址
JDK1.7，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（实际上是堆中的地址）

5、intern()效率测试

大的网站平台，需要内存中存储大量的字符串。比如社交网站，很多人都存储：北京市、海淀区等信息。这时候如果字符串都调用 intern()方法，就会明显降低内存的大小。

/**
 * 使用intern()测试执行效率：空间使用上
 *
 * 结论：对于程序中大量存在存在的字符串，尤其其中存在很多重复字符串时，使用intern()可以节省内存空间。
 *
 */
public class StringIntern2 {
    static final int MAX_COUNT = 1000 * 10000;
    static final String[] arr = new String[MAX_COUNT];

    public static void main(String[] args) {
        Integer[] data = new Integer[]{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};

        long start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < MAX_COUNT; i++) {
//            arr[i] = new String(String.valueOf(data[i % data.length]));
            arr[i] = new String(String.valueOf(data[i % data.length])).intern();

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

        try {
            Thread.sleep(1000000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.gc以上是关于13_StringTable的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章 
 13 个非常有用的 Python 代码片段
 PCL异常处理：pcl 1.8.13rdpartyoostincludeoost-1_64oost	ypeofmsvc	ypeof_impl.hpp(125): error(代码片段
 VSCode自定义代码片段13——Vue的状态大管家
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 Day337&338.StringTable -JVM