Java基础知识强化104：Java常量池理解与总结

Posted 2020-06-30 鸿钧老祖

一、相关概念

1. 什么是常量

用final修饰的成员变量表示常量，值一旦给定就无法改变！

final修饰的变量有三种：静态变量、实例变量和局部变量，分别表示三种类型的常量。

2. Class文件中的常量池

在Class文件结构中，最头的4个字节用于存储魔数Magic Number，用于确定一个文件是否能被JVM接受；再接着4个字节用于存储版本号，前2个字节存储次版本号，后2个存储主版本号；再接着是用于存放常量的常量池，由于常量的数量是不固定的，所以常量池的入口放置一个U2类型的数据(constant_pool_count)存储常量池容量计数值。

 

常量池主要用于存放两大类常量：字面量(Literal)和符号引用量(Symbolic References)，字面量相当于Java语言层面常量的概念，如文本字符串，声明为final的常量值等，符号引用则属于编译原理方面的概念，包括了如下三种类型的常量：

• 类和接口的全限定名

• 字段名称和描述符

• 方法名称和描述符

 

3. 方法区中的运行时常量池

运行时常量池是方法区的一部分。

CLass文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。

运行时常量池相对于CLass文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性，Java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生，也就是并非预置入CLass文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用比较多的就是String类的intern()方法。

 

4. 常量池的好处

常量池是为了避免频繁的创建和销毁对象而影响系统性能，其实现了对象的共享。

例如字符串常量池，在编译阶段就把所有的字符串文字放到一个常量池中。
（1）节省内存空间：常量池中所有相同的字符串常量被合并，只占用一个空间。
（2）节省运行时间：比较字符串时，==比equals()快 ； 对于两个引用变量，只用==判断引用是否相等，也就可以判断实际值是否相等。

 

5. 双等号==的含义

基本数据类型之间应用双等号，比较的是他们的数值。

复合数据类型(类)之间应用双等号，比较的是他们在内存中的存放地址。

 

二、8种基本类型的包装类和常量池

java中基本类型的包装类的大部分都实现了常量池技术，即Byte,Short,Integer,Long,Character,Boolean；

1 Integer i1 = 40;
2 Integer i2 = 40;
3 System.out.println(i1==i2);//输出TRUE

这5种包装类默认创建了数值[-128，127]的相应类型的缓存数据，但是超出此范围仍然会去创建新的对象。

//Integer 缓存代码 ：
public static Integer valueOf(int i) {
     assert IntegerCache.high >= 127;
     if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
         return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
     return new Integer(i);
 }
Integer i1 = 400;
Integer i2 = 400;
System.out.println(i1==i2);//输出false

 

两种浮点数类型的包装类Float,Double并没有实现常量池技术。

Double i1=1.2;
Double i2=1.2;
System.out.println(i1==i2);//输出false

1. 应用常量池的场景

（1）Integer i1=40; Java在编译的时候会直接将代码封装成Integer i1=Integer.valueOf(40); 从而使用常量池中的对象。

（2）Integer i1 = new Integer(40); 这种情况下会创建新的对象。

Integer i1 = 40;
Integer i2 = new Integer(40);
System.out.println(i1==i2);//输出false

Integer比较更丰富的一个例子：

 1 Integer i1 = 40;
 2 Integer i2 = 40;
 3 Integer i3 = 0;
 4 Integer i4 = new Integer(40);
 5 Integer i5 = new Integer(40);
 6 Integer i6 = new Integer(0);
 7 
 8 System.out.println("i1=i2   " + (i1 == i2));
 9 System.out.println("i1=i2+i3   " + (i1 == i2 + i3));
10 System.out.println("i1=i4   " + (i1 == i4));
11 System.out.println("i4=i5   " + (i4 == i5));
12 System.out.println("i4=i5+i6   " + (i4 == i5 + i6));   
13 System.out.println("40=i5+i6   " + (40 == i5 + i6));

运行结果：

1 i1=i2   true
2 i1=i2+i3   true
3 i1=i4   false
4 i4=i5   false
5 i4=i5+i6   true
6 40=i5+i6   true

解释：语句i4 == i5 + i6，因为+这个操作符不适用于Integer对象，首先i5和i6进行自动拆箱操作，进行数值相加，即i4 == 40。然后Integer对象无法与数值进行直接比较，所以i4自动拆箱转为int值40，最终这条语句转为40 == 40进行数值比较。

Java中的自动装箱与拆箱

 

三、String类和常量池

1. String对象创建方式

1 String str1 = "abcd";
2 String str2 = new String("abcd");
3 System.out.println(str1==str2);//false

这两种不同的创建方法是有差别的，第一种方式是在常量池中拿对象，第二种方式是直接在堆内存空间创建一个新的对象。
只要使用new方法，便需要创建新的对象。

2. 连接表达式 +

（1）只有使用引号包含文本的方式创建的String对象之间使用“+”连接产生的新对象才会被加入字符串池中。
（2）对于所有包含new方式新建对象（包括null）的“+”连接表达式，它所产生的新对象都不会被加入字符串池中。

1 String str1 = "str";
2 String str2 = "ing";
3 
4 String str3 = "str" + "ing";
5 String str4 = str1 + str2;
6 System.out.println(str3 == str4);//false
7 
8 String str5 = "string";
9 System.out.println(str3 == str5);//true

 

特例1：

 1 public static final String A = "ab"; // 常量A
 2 public static final String B = "cd"; // 常量B
 3 public static void main(String[] args) {
 4 String s = A + B;  // 将两个常量用+连接对s进行初始化 
 5 String t = "abcd";   
 6 if (s == t) {   
 7     System.out.println("s等于t，它们是同一个对象");   
 8 } else {   
 9     System.out.println("s不等于t，它们不是同一个对象");   
10 }   
11 } s等于t，它们是同一个对象

A和B都是常量，值是固定的，因此s的值也是固定的，它在类被编译时就已经确定了。也就是说：String s=A+B; 等同于：String s=”ab”+”cd”;

 

特例2

 1 public static final String A; // 常量A
 2 public static final String B;    // 常量B
 3 static {   
 4 A = "ab";   
 5 B = "cd";   
 6 }   
 7 public static void main(String[] args) {   
 8 // 将两个常量用+连接对s进行初始化   
 9 String s = A + B;   
10 String t = "abcd";   
11 if (s == t) {   
12     System.out.println("s等于t，它们是同一个对象");   
13 } else {   
14     System.out.println("s不等于t，它们不是同一个对象");   
15 }   
16 } 
17 s不等于t，它们不是同一个对象

A和B虽然被定义为常量，但是它们都没有马上被赋值。在运算出s的值之前，他们何时被赋值，以及被赋予什么样的值，都是个变数。因此A和B在被赋值之前，性质类似于一个变量。那么s就不能在编译期被确定，而只能在运行时被创建了。

 

3. String s1 = new String("xyz"); 创建了几个对象？

考虑类加载阶段和实际执行时：

（1）类加载对一个类只会进行一次。”xyz” 在类加载时就已经创建并驻留了（如果该类被加载之前已经有”xyz”字符串被驻留过则不需要重复创建用于驻留的”xyz”实例）。驻留的字符串是放在全局共享的字符串常量池中的。

（2）在这段代码后续被运行的时候，”xyz”字面量对应的String实例已经固定了，不会再被重复创建。所以这段代码将常量池中的对象复制一份放到heap中，并且把heap中的这个对象的引用交给s1 持有。
这条语句创建了2个对象。

 

 

java.lang.String.intern()

运行时常量池相对于CLass文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性，Java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生，也就是并非预置入CLass文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用比较多的就是String类的intern()方法。

String的intern()方法会查找在常量池中是否存在一份equal相等的字符串,如果有则返回该字符串的引用,如果没有则添加自己的字符串进入常量池。

1 public static void main(String[] args) {    
2    String s1 = new String("计算机");
3    String s2 = s1.intern();
4    String s3 = "计算机";
5    System.out.println("s1 == s2? " + (s1 == s2));
6    System.out.println("s3 == s2? " + (s3 == s2));
7 }
8 s1 == s2? false
9 s3 == s2? true

 

字符串比较更丰富的一个例子

 1 public class Test {
 2 public static void main(String[] args) {   
 3    String hello = "Hello", lo = "lo";
 4    System.out.println((hello == "Hello") + " ");
 5    System.out.println((Other.hello == hello) + " ");
 6    System.out.println((other.Other.hello == hello) + " ");
 7    System.out.println((hello == ("Hel"+"lo")) + " ");
 8    System.out.println((hello == ("Hel"+lo)) + " ");
 9    System.out.println(hello == ("Hel"+lo).intern());
10 }   
11 }
12 class Other { static String hello = "Hello"; }
13 package other;
14 public class Other { public static String hello = "Hello"; }
15 true true true true false true

在同包同类下,引用自同一String对象.

在同包不同类下,引用自同一String对象.

在不同包不同类下,依然引用自同一String对象.

在编译成.class时能够识别为同一字符串的,自动优化成常量,引用自同一String对象.

在运行时创建的字符串具有独立的内存地址,所以不引用自同一String对象.