java8中字符串常量以及GC相应处理机制

Posted 2022-09-15 cord

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• 1，常量池
  • 1.1, class文件常量池
  • 1.2, 运行时常量池
  • 1.3，字符串常量池
    • String.intern()
    • -XX:StringTableSize
• 2，使用new关键字和使用字符串字面量的区别
• 3，字符串常量池与GC

1，常量池

1.1, class文件常量池

? class文件常量池位于class文件中

? class文件头4个字节称为魔数，魔数后面的4个字节为文件版本号，而版本号之后的就是常量池的入口。该常量池用于存放编译器生成的各种字面量和符号引用，字面量就是所谓的常量，如字符串，final修饰的常量值等。而符号引用则是用来描述引用目标的，如类和接口的全限定名，方法和字段的名称和描述符。此时符号引用并不会存储最终内存布局信息。

? class文件中方法和字段均需要引用CONSTANT_Utf8型常量描述名称，该类型的最大长度也就是java中方法和字段名的长度，而该类型的长度用2个字节表示，最大值为65535，所以java中如果定义了超过64kb(2^16*1byte，utf8中一个字符占一个字节)的英文字符的变量或方法名，将无法编译。

1.2, 运行时常量池

? 当类或接口创建时，它的class中的常量池会被用来构造运行时常量池，常量池中的符号引用会被解析成具体的内存地址。运行时常量池是jvm方法区的一部分，它可以在运行时将符号引用解析为直接引用。

? 运行时常量池位于jvm的元空间中(java8)

1.3，字符串常量池

? 字符串常量池底层实现是一个哈希表，可以通过-XX:StringTableSize参数调整大小。字符串常量池中存储的是字符串对象的引用，而字符串本身是在堆上分配的(java中的对象基本都在堆上分配)。运行时常量池初始化的时候，字面量的符号引用的初始化会用到字符串常量池。String中的intern方法可以在运行时将字符串实例加入字符串常量池。

? 在java1.7以前，字符串常量池是在堆的永久代里面，大小固定，而从java1.7以后，字符串常量池则移动到java堆中了。

验证代码如下：

public class test 
    private static String str = "";
    public static void main(String[] args) 
        //-Xms32m -Xmx32m
        char element = 'a';
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        for (int i = 0; i < 1024*1024*64; i++) 
            sb.append(element);
        
        str = sb.toString();
        System.out.println();
    

JVM启动参数：-Xms32m -Xmx32m

运行结果如下：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    ......
    at test.test.main(test.java:17)

可以发现堆发生溢出(oom)，说明常量池在堆中分配。

String.intern()

String类的intern()方法的描述是：String类维护着一个初始化为空的字符串池，当某String实例调用intern()方法的时候，如果字符串池中已包含与此字符串相同的字符串(用equal(obj)方法判断相等)，则返回池中的字符串对象。否则，将此字符串对象加入到常量池中，并返回此字符串对象的引用。对于任意两个字符串s和t，当切仅当s.equals(t)为true，s.intern() ==t.intern()才为true。所有字面值字符串和字符串赋值常量表达式都使用intern方法进行处理。

示例：

public class InternTest 
    public static void main(String[] args) 
        String s1 = new String("a");
        s1.intern();
        String s2 = "a";
        System.out.println(s1 == s2);

        String s3 = new String("b") + new String("b");
        s3.intern();
        String s4 = "bb";
        System.out.println(s3 == s4);
    

运行结果如下：

false
true

-XX:StringTableSize

可以通过jvm参数-XX:StringTableSize来配置String常量池的大小，在java6和java7u40之前的版本，其默认大小为1009，java7u40以及之后的java8中其默认值为60013。其值要求得是素数。

2，使用new关键字和使用字符串字面量的区别

示例：

String str1="abc";

String str2=new String("abc");

• 当使用String str="abc"这种形式的时候，JVM会在字符串常量池中创建该对象并且str1会指向这个对象；

• 当使用String str=new String("abc")这种形式的时候，JVM会先检查在字符串常量池中是否已存在"abc"，如果不存在则在常量池中创建该对象，如果已存在则不创建。除此之外，还会在堆外创建一个额外的字符串对象，并且str2会指向这个对象。

验证代码：

public class test 
    public static void main(String[] args) 
        String str1 = "abc";
        String str2 = new String("abc");
        System.out.println(str1);
        System.out.println(str2);
        System.out.println(str1 == str2);
    

运行结果如下：

abc
abc
false

查看该代码的字节码，会发现两种创建字符串对象的方式的不同：

   L0
    LINENUMBER 9 L0
    LDC "abc" //从常量池加载String
    ASTORE 1

   L1
    LINENUMBER 10 L1
    NEW java/lang/String  //创建一个String对象
    DUP  
    LDC "abc"   //从常量池加载String
    INVOKESPECIAL java/lang/String.<init> (Ljava/lang/String;)V //调用构造方法,实例初始化
    ASTORE 2

通过对比发现，使用new关键字与直接使用字符串字面量相比，多了创建对象的过程。

3，字符串常量池与GC

先看一个示例：

public class test 
    public static void main(String[] args) 
        System.out.println("---------String with new--------");
        collectWeakReference(new String("dasfsafsafsafsa"));
        System.out.println("---------String with literal--------");
        collectWeakReference("dsafdsafxcdfeghg");
    
    private static void  collectWeakReference(String obj ) 
        ReferenceQueue<String> rq = new ReferenceQueue<>();
        Reference<String> r = new WeakReference<>(obj, rq);
        obj = null;
        Reference rf;
        int gccount = 10;
        //一次System.gc()并不一定会回收A，所以要多试几次
        while((rf=rq.poll()) == null && gccount >=0) 
            System.gc();
            gccount--;
        
        System.out.println(rf);
        if (rf != null) //如果对象被回收则弱引用会加入引用队列
            //引用指向的对象已经被回收，存入引入队列的是弱引用本身,所以这里最终返回null
            System.out.println(rf.get());
        
    

运行结果如下：

---------String with new--------
java.lang.ref.WeakReference@5a07e868
null
---------String with literal--------
null

? 由此可见，指向new关键字创建的字符串对象的弱引用会被System.gc()触发的gc回收掉，而指向字面量字符串的弱引用则不会被System.gc()触发的gc回收掉。这说明new关键字创建的字符串对象如果不可达了会被gc回收，而字符串字面量创建的字符串对象则不会，因为常量池中还持有对该字面量字符串的引用。

参考链接：

https://netsurfingzone.com/core-java/string-constant-pool-in-java

https://tangxman.github.io/2015/07/27/the-difference-of-java-string-pool/

https://blog.csdn.net/zm13007310400/article/details/77534349

https://stackoverflow.com/questions/23252767/string-pool-vs-constant-pool

http://java-performance.info/string-intern-in-java-6-7-8/

https://netsurfingzone.com/core-java/string-constant-pool-in-java

https://www.cnblogs.com/gxyandwmm/p/9495923.html

https://tech.meituan.com/2014/03/06/in-depth-understanding-string-intern.html

https://blog.csdn.net/qq_26929957/article/details/79090406

https://jimmy2angel.github.io/2018/10/26/ConstantPool/

https://droidyue.com/blog/2014/12/21/string-literal-pool-in-java/

https://blog.csdn.net/qq_31615049/article/details/81611918

https://blog.omitol.com/2017/09/30/JVM-CP/