JVM - 深入剖析字符串常量池

字符串常量池

位置的变更

• Jdk1.6及之前： JVM存在永久代, 运行时常量池在永久代，运行时常量池包含字符串常量池
• Jdk1.7：有永久代，但已经逐步“去永久代”，字符串常量池从永久代里的运行时常量池分离到堆里
• Jdk1.8及之后： 无永久代，变成了元空间，运行时常量池在元空间，字符串常量池里依然在堆里

看 1.8 , 疯狂的intern， 抛出了 heap oom ,由此可以推断出 1.8中的字符串常量池 是在堆中。

如果是1.6 ，会抛出 OutOfMemoryError: PermGen space ，因为1.6中 字符串常量池在永久代中。

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JVM对字符串常量池的优化

字符串的分配，和其他对象的分配一样，同样也需要耗费时间和空间，作为最基础的数据类型，大量频繁的常讲字符串，极大程度上影响了程序的性能。

JVM为了提高性能和减少内存开销，在实例化字符串常量池的时候进行了一些优化，主要有一下几点

1. 为字符串开辟一个字符串常量池，用于缓存相同的字符串，类似于环村区域
2. 创建字符串常量时，首先要查询字符串常量池中是否存在该字符串
3. 如若存在该字符串，返回引用实例。 不存在时，实例化该字符串并放入缓存池中。

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字符串的常见创建方式 （1.7+）

注意JDK的版本 ，这里讨论的是1.7+

直接赋值字符串

String s = "artisan";  // s指向常量池中的引用

这种方式创建的字符串对象，只会在常量池中 。

因为有"artisan"这个字面量，创建对象s的时候，JVM会先去常量池中通过 equals(key) 方法，判断是否有相同的对象

• 若有，直接返回该对象在常量池中的引用
• 若没有，则会在常量池中创建一个新对象，再返回引用

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new String()

String s1 = new String("artisan");  // s1指向内存中的对象引用

这种方式会保证字符串常量池和堆中都有这个对象，没有就创建，最后返回堆内存中的对象引用。

步骤大致如下

因为有"artisan"这个字面量，所以会先检查字符串常量池中是否存在字符串"artisan"

• 不存在，先在字符串常量池里创建一个字符串对象；再去内存中创建一个字符串对象"artisan"；
• 存在的话，就直接去堆内存中创建一个字符串对象"zhuge"；
• 最后，将内存中的引用返回

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intern

      String s1 = new String("artisan");
      String s2 = s1.intern();
      System.out.println(s1 == s2);  //false

String中的intern方法是一个 native 的方法，当调用 intern方法时，如果池已经包含一个等于此String对象的字符串（用equals(oject)方法确定），则返回池中的字符串, 否则，将intern返回的引用指向当前字符串 s1 。

jdk1.6版本需要将 s1 复制到字符串常量池里

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经典面试题

下列代码创建几个对象

    public static void main(String[] args) {
        String s1 = new String("he") + new String("llo");
        String s2 = s1.intern();
        System.out.println(s1 == s2);
    }

对于JDK1.6 ， 字符串常量池位于永久代 。

new String("he") + new String("llo")

毫无疑问，堆内存中有两个，但是JDK

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JDK 1.6运行结果 false

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案例

 		String s0="artisan";
        String s1="artisan";
        String s2="arti" + "san";
        System.out.println( s0==s1 ); //true
        System.out.println( s0==s2 ); //true

s0和s1中的”artisan”都是字符串常量，它们在编译期就被确定了，所以s0==s1为true；

而”arti”和”san”也都是字符串常量，当一个字 符串由多个字符串常量连接而成时，它自己肯定也是字符串常量，所以s2也同样在编译期就被优化为一个字符串常量"artisan"，所以s2也是常量池中” artisan”的一个引用。

所以我们得出s0==s1==s2

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案例

再看看这个

String  s  =  "a" + "b" + "c";  //就等价于String s = "abc";
String  a  =  "a";
String  b  =  "b";
String  c  =  "c";
String  s1  =   a  +  b  +  c;

s1 这个就不一样了，可以通过观察其JVM指令码发现s1的"+"操作会变成如下操作：

StringBuilder temp = new StringBuilder();
temp.append(a).append(b).append(c);
String s = temp.toString();

看看StringBuilder#toString ，其实就是new String , 堆中分配内存地址

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案例

        String s0="artisan";
        String s1=new String("artisan");
        String s2="arti" + new String("san");
        System.out.println( s0==s1 );// false
        System.out.println( s0==s2 );// false
        System.out.println( s1==s2 );// false

用new String() 创建的字符串不是常量，不能在编译期就确定，所以new String() 创建的字符串不放入常量池中，它们有自己的地址空间。

s0还是常量池 中"artisan”的引用，s1因为无法在编译期确定，所以是运行时创建的新对象”artisan”的引用，s2因为有后半部分 new String(”san”)所以也无法在编译期确定，所以也是一个新创建对象”artisan”的引用;

明白了这些也就知道为何都是false了

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案例

        String a = "a1";
        String b = "a" + 1;
        System.out.println(a == b); // true

        String a = "atrue";
        String b = "a" + "true";
        System.out.println(a == b); // true

        String a = "a3.4";
        String b = "a" + 3.4;
        System.out.println(a == b); // true

JVM对于字符串常量的"+“号连接，将在程序编译期，JVM就将常量字符串的”+“连接优化为连接后的值，拿"a” + 1来说，经编译器优化后在class中就已经是a1。

在编译期其字符串常量的值就确定下来，故上面程序最终的结果都为true。

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案例

       String a = "ab";
        String bb = "b";
        String b = "a" + bb;

        System.out.println(a == b); // false

JVM对于字符串引用，由于在字符串的"+"连接中，有字符串引用存在，而引用的值在程序编译期是无法确定的，即"a" + bb无法被编译器优化，只有在程序运行期来动态分配并将连接后的新地址赋给b。所以上面程序的结果也就为false。

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案例

      String a = "ab";
        final String bb = "b";
        String b = "a" + bb;

        System.out.println(a == b); // true

和示例4中唯一不同的是bb字符串加了final修饰，对于final修饰的变量，它在编译时被解析为常量值的一个本地拷贝存储到自己的常量池中或嵌入到它的字节码流中。所以此时的"a" + bb和"a" + "b"效果是一样的。故上面程序的结果为true。

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案例

       String a = "ab";
        final String bb = getBB();
        String b = "a" + bb;

        System.out.println(a == b); // false

 
    private static String getBB()
    {
        return "b";
    }

JVM对于字符串引用bb，它的值在编译期无法确定，只有在程序运行期调用方法后，将方法的返回值和"a"来动态连接并分配地址为b，故上面 程序的结果为false。

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案例

//字符串常量池："计算机"和"技术"     堆内存：str1引用的对象"计算机技术"
//堆内存中还有个StringBuilder的对象，但是会被gc回收，StringBuilder的toString方法会new String()，这个String才是真正返回的对象引用 

String str1 = new StringBuilder("计算机").append("技术").toString();   //没有出现"计算机技术"字面量，所以不会在常量池里生成"计算机技术"对象
 System.out.println(str1 == str1.intern());  //true
//"计算机技术" 在池中没有，但是在heap中存在，则intern时，会直接返回该heap中的引用

//字符串常量池："ja"和"va"     堆内存：str1引用的对象"java"
//堆内存中还有个StringBuilder的对象，但是会被gc回收，StringBuilder的toString方法会new String()，这个String才是真正返回的对象引用
        String str1 = new StringBuilder("ja").append("va").toString();    //没有出现"java"字面量，所以不会在常量池里生成"java"对象
        System.out.println(str1 == str1.intern());  //false
//java是关键字，在JVM初始化的相关类里肯定早就放进字符串常量池了

        String s1 = new String("test");
        System.out.println(s1 == s1.intern());   //false
//"test"作为字面量，放入了池中，而new时s1指向的是heap中新生成的string对象，s1.intern()指向的是"test"字面量之前在池中生成的字符串对象

        String s2 = new StringBuilder("abc").toString();
        System.out.println(s2 == s2.intern());  //false
//同上