Java

细说Java常量池

2020-07-14  本文已影响0人  小胡_鸭

  Java中的常量池有：class常量池、运行时常量池、String常量池。

为什么要使用常量池？

  避免频繁地创建和销毁对象而影响系统性能，实现对象的共享（字符串常量池）；对于类共用的元数据信息，使用常量池可以共享使用，而不是不同线程、对象都创建一个副本，节省内存开销（class常量池、运行时常量池）。

一、class常量池

  一个Java类被编译后，就会形成一份class文件；class文件中除了包含类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息就是常量池（constant pool table），用于存放编译器生成的各种字面量（Literal）和符号引用（Symbolic References），以及其他类的元信息。每个class文件都有一个class常量池。

1、字面量

  字面量相当于Java语言层面常量的概念，包括：

2、符号引用

  符号引用则属于编译原理方面的概念，比如代码中定义了一个int a，变量名是a，这就是一个常量。包括：

package basic;

public class ConstantsTest {
    public String name = "Hello World";
    public final int num = 100;

    public ConstantsTest(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void info() {
        System.out.println(name);
        System.out.println(num);
    }
}

  按照上面说的规则，该类的class常量池中包含的常量应该有：

字面量

符号引用

  将类编译出class文件，再用 javap -v ConstantsTest 可以看到完整的常量池信息：




二、运行时常量池

  当加载一个类时，势必要将其class常量池中的信息加载到内存中，这就是运行时常量池，通常存储类元信息的内存叫方法区，被该类的所有实例对象所共享引用。

  JVM在执行某个类的时候，必须经过加载、连接、初始化，而连接又包括验证、准备、解析三个阶段。而当类加载到内存中后，jvm就会将class常量池中的内容存放到运行时常量池中，由此可知，运行时常量池也是每个类都有一个。在解析阶段，会把符号引用替换为直接引用。

  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。

关于String#intern()

  在代码中，字符串字面量会被放入一个字符串常量池中，使用String类的intern方法时，首先在字符串常量池中查找是否存在一份equal相等的字符串如果有的话就返回该字符串的引用，没有的话就将它加入到字符串常量池中，所以存在于class中的常量池并非固定不变的，可以用intern方法加入新的。

三、字符串常量池

1、字符串常量池的实现与本质

  在HotSpot VM里是通过 StringTable 类来实现常量池的，它是一个hash表，即通过计算String对象的hashcode，决定要将其存储在表中的哪个位置，，默认大小为1009。StringTable 在JVM中只有一个实例，被所有的类共享。

  在JDK6.0中，StringTable的长度是固定的，长度就是1009，因此如果放入String Pool中的String非常多，就会造成hash冲突，导致链表过长，当调用String#intern()时会需要到链表上一个一个找，从而导致性能大幅度下降；

  在JDK7.0中，StringTable的长度可以通过参数指定：

-XX:StringTableSize=66666

  如果在类的定义中使用了字符串的字面量，直接赋值拼接，则对应的字面量会被放到字符串常量池中，如下面的代码所示：

public class StringPool {
    public static void main(String[] args) {
        String i = "hello";
        String j = "World";
        String k = "hello" + "World";
        String l = new String("hello");
    }
}

  类的字节码文件内容如下：


  从编译器就可以确定值的变量有i、j、k，而l需要调用虚拟方法，所以是运行期决定的，生成的对象不在常量池里，所以程序执行的结果是false。



2、字符串常量池的存储位置

  字符串常量池中的字符串只存在一份

String s1 = "hello,world!";
String s2 = "hello,world!";

  执行完第一行代码后，常量池中已存在 “hello,world!”，那么 s2不会在常量池中申请新的空间，而是直接把已存在的字符串内存地址返回给s2。



3、使用案例和坑

        String a = "hello";
        String b = new String("hello");
        System.out.println(a == b);

  上面的代码，执行结果为 false，因为a是常量池中的一个常量，而b是一个普通的位于堆内存中的对象，如下图所示（JDK6.0标准）：


  使用 new String 创建的对象都是存储在堆内存中的，而a作为字面量，一开始就存储在class文件中，之后运行期，转存至方法区中，所以a和b指向的对象不一样。 
        String s1 = "Hello";
        String s2 = "Hello";
        String s3 = "Hel" + "lo";
        String s4 = "Hel" + new String("lo");
        String s5 = new String("Hello");
        String s6 = s5.intern();
        // 拼接是动态调用，所以拼接后的String对象存在堆内存中
        String s7 = "H";
        String s8 = "ello";
        String s9 = s7 + s8;

        System.out.println("s1 == s2? " + (s1 == s2));
        System.out.println("s1 == s3? " + (s1 == s3));
        System.out.println("s1 == s4? " + (s1 == s4));
        System.out.println("s1 == s5? " + (s1 == s5));
        System.out.println("s4 == s5? " + (s4 == s5));
        System.out.println("s1 == s6? " + (s1 == s6));
        System.out.println("s5 == s6? " + (s5 == s6));
        System.out.println("s1 == s9? " + (s1 == s9));
        System.out.println("s5 == s9? " + (s5 == s9));

  上面代码执行结果如下：



  分析：

（1）常量拼接

    public static void main(String[] args) {
        final String a = "hello";
        final String b = "world";
        String c = a + b;
        String d = "helloworld";
        System.out.println(c == d);
    }

  a、b、c类似于上面的s7、s8、s9，但是a、b被final修饰，表示在编译时就可以确定它的值，将其拼接起来的值c也是可以确定的，所以c指向常量池中的字符串常量，执行结果为true。


（2）static静态代码块 
    public static final String a;
    public static final String b;

    static {
        a = "hello";
        b = "world";
    }

    public static void main(String[] args) {
        String c = "helloworld";
        String d = a + b;
        System.out.println(c == d);
    }

  虽然a、b用final修饰，也是常量，但是拼接成的d却不是常量，因为在编译器初始化a、b的static代码块是不执行的，因此是未知的，初始化属于类加载的一部分，属于运行期，从反编译的字节码来看，d是先通过 StringBuilder 拼接，再调用其 toString() 方法生成的。


  看看StringBuilder的源码，toString()方法调用了 new String()，所以会在堆内存创建一个新的对象。
上一篇 下一篇

猜你喜欢

热点阅读